Calcul en ligne d'un inverseur de phase à fentes pour un système acoustique. Calcul d'un inverseur de phase et fabrication d'un inverseur de phase
Note de l'éditeur : l'article d'un spécialiste italien de l'acoustique, reproduit ici avec la bénédiction de l'auteur, s'intitulait à l'origine Teoria e pratica del condotto di accordo. Autrement dit, en traduction littérale - "Théorie et pratique d'un inverseur de phase". Ce titre, à notre avis, ne correspondait au contenu de l'article que formellement. En effet, nous parlons de la relation entre le modèle théorique le plus simple d'un inverseur de phase et les surprises que la pratique prépare. Mais c'est si c'est formel et superficiel. Mais en substance, l'article contient une réponse aux questions qui se posent, à en juger par le courrier éditorial, tout le temps lors du calcul et de la fabrication d'un subwoofer à inverseur de phase. Première question : "Si vous calculez un inverseur de phase à l'aide d'une formule connue depuis longtemps, l'inverseur de phase fini aura-t-il la fréquence calculée ?" Notre collègue italien, qui a mangé une dizaine de chiens sur des inverseurs de phase dans sa vie, répond : « Non, ça ne marchera pas. Et puis il explique pourquoi et, surtout, à quel point ça ne marchera pas. Deuxième question : « J'ai calculé le tunnel, mais il est si long qu'il ne rentre nulle part. Comment être? Et ici le signeur propose des solutions tellement originales que c'est justement ce pan de son travail qu'on met à la une. Ainsi, le mot clé du nouveau titre ne doit pas être compris à la nouvelle manière russe (sinon nous aurions écrit : « en bref, un inverseur de phase »), mais littéralement. Géométriquement. Et maintenant Signor Matarazzo a la parole pour parler.
Inverseur de phase : en bref !
Jean-Piero MATARAZZO Traduit de l'italien par E. Zhurkova
À propos de l'auteur : Jean-Pierro Matarazzo est né en 1953 à Avellino, en Italie. Depuis le début des années 70, il travaille dans le domaine acoustique professionnelle. De longues annéesétait responsable des tests des haut-parleurs pour le magazine Suono (Sound). Dans les années 90, il a développé un certain nombre de nouveaux modèles mathématiques du processus d'émission sonore par les diffuseurs de haut-parleurs et plusieurs projets de systèmes acoustiques pour l'industrie, dont le modèle Opera, populaire en Italie. Depuis la fin des années 90, il collabore activement avec les magazines "Audio Review", "Digital Video" et, le plus important pour nous, "ACS" ("Audio Car Stereo"). Dans les trois, il est chargé de mesurer les paramètres et de tester l'acoustique. Quoi d'autre? .. Marié. Deux fils grandissent, 7 ans et 10 ans.
Fig 1. Schéma d'un résonateur de Helmholtz. Celui dont tout vient.
Fig 2. La conception classique de l'inverseur de phase. Dans ce cas, l'influence du mur n'est souvent pas prise en compte.
Fig 3. Inverseur de phase avec un tunnel dont les extrémités sont en espace libre. Il n'y a pas d'effet de mur ici.
Fig 4. Vous pouvez sortir complètement le tunnel. Là encore il y aura un « allongement virtuel ».
Fig 5. Vous pouvez obtenir une "extension virtuelle" aux deux extrémités du tunnel en faisant une autre bride.
Figure 6. Tunnel à fente situé loin des parois de la boîte.
Figure 7. Tunnel à fente situé près du mur. Du fait de l'influence du mur, sa longueur "acoustique" est supérieure à celle géométrique.
Figure 8. Tunnel en forme de tronc de cône.
Figure 9. Les principales dimensions du tunnel conique.
Figure 10. Dimensions de la version fendue du tunnel conique.
Fig 11. Tunnel exponentiel.
Figure 12. Tunnel en forme de sablier.
Figure 13. Les principales dimensions du tunnel sous la forme d'un sablier.
Figure 14. Version fendue du sablier.
Formules magiques
L'une des demandes les plus courantes en e-mail l'auteur - pour donner une "formule magique" par laquelle le lecteur d'ACS pourrait calculer lui-même l'inverseur de phase. Ce n'est, en principe, pas difficile. L'inverseur de phase est l'une des implémentations d'un dispositif appelé "résonateur de Helmholtz". La formule de son calcul n'est pas beaucoup plus compliquée que le modèle le plus courant et le plus accessible d'un tel résonateur. Une bouteille de Coca-Cola vide (seulement une bouteille, pas une canette en aluminium) est un tel résonateur, réglé sur une fréquence de 185 Hz, cela a été vérifié. Cependant, le résonateur Helmholtz est bien plus ancien que même cet emballage d'une boisson populaire, qui devient progressivement obsolète. Cependant, schéma classique le résonateur de Helmholtz est semblable à une bouteille (Fig. 1). Pour qu'un tel résonateur fonctionne, il est important qu'il ait un volume V et un tunnel d'aire la Coupe transversale S et longueur L. Sachant cela, la fréquence d'accord du résonateur de Helmholtz (ou inverseur de phase, ce qui revient au même) peut maintenant être calculée par la formule :
où Fb est la fréquence d'accord en Hz, s est la vitesse du son égale à 344 m/s, S est la surface du tunnel en m². m, L est la longueur du tunnel en m, V est le volume de la boîte en mètres cubes. M. \u003d 3,14, cela va sans dire.
Cette formule est vraiment magique, dans le sens où le réglage bass reflex ne dépend pas des paramètres de l'enceinte qui y sera installée. Le volume de la boîte et les dimensions du tunnel déterminent une fois pour toutes la fréquence d'accord. Tout semblait fait. Commençons. Supposons que nous ayons une boîte d'un volume de 50 litres. Nous voulons en faire un caisson bass-reflex accordé à 50Hz. Nous avons décidé de faire le diamètre du tunnel 8 cm. Selon la formule qui vient d'être donnée, la fréquence d'accord de 50 Hz sera obtenue si la longueur du tunnel est de 12,05 cm. Nous fabriquons soigneusement toutes les pièces, les assemblons dans une structure, comme En figue. 2, et pour vérification, nous mesurons la fréquence de résonance réellement résultante de l'inverseur de phase. Et on constate, à notre grande surprise, qu'il ne s'agit pas de 50 Hz, comme il se doit selon la formule, mais de 41 Hz. Qu'est-ce qui ne va pas et où nous sommes-nous trompés ? Oui, nulle part. Notre inverseur de phase fraîchement construit serait accordé à une fréquence proche de celle obtenue par la formule de Helmholtz s'il était fabriqué, comme le montre la Fig. 3. Ce cas est le plus proche du modèle idéal décrit par la formule : ici les deux extrémités du tunnel "pendent en l'air", relativement loin de tout obstacle. Dans notre conception, l'une des extrémités du tunnel s'accouple avec la paroi de la boîte. Pour l'air oscillant dans le tunnel, cela n'est pas indifférent, du fait de l'influence de la "bride" en bout de tunnel, cela semble être son allongement virtuel. L'inverseur de phase sera configuré comme si la longueur du tunnel était de 18 cm, et non de 12, comme c'est le cas en réalité.
Notez que la même chose se produira si le tunnel est complètement placé à l'extérieur de la boîte, en alignant à nouveau l'une de ses extrémités avec le mur (Fig. 4). Il existe une dépendance empirique de "l'allongement virtuel" du tunnel en fonction de sa taille. Pour un tunnel circulaire dont une coupe est située suffisamment loin des parois du caisson (ou d'autres obstacles), et l'autre est dans le plan de la paroi, cet allongement est environ égal à 0,85D.
Maintenant, si nous remplaçons toutes les constantes dans la formule de Helmholtz, introduisons une correction pour "l'allongement virtuel", et exprimons toutes les dimensions dans des unités familières, la formule finale pour la longueur du tunnel avec un diamètre D, qui garantit qu'une boîte de le volume V est accordé sur une fréquence Fb, ressemblera à ceci :
Ici, la fréquence est en hertz, le volume est en litres, et la longueur et le diamètre du tunnel sont en millimètres, comme nous en avons l'habitude.
Le résultat obtenu est précieux non seulement parce qu'il permet au stade du calcul d'obtenir une valeur de longueur proche de la valeur finale, donnant la valeur requise de la fréquence d'accord, mais aussi parce qu'il ouvre certaines réserves pour raccourcir le tunnel. Nous avons déjà gagné presque un diamètre. Il est possible de raccourcir davantage le tunnel tout en conservant la même fréquence d'accord en réalisant des brides aux deux extrémités, comme le montre la fig. cinq.
Maintenant, tout semble être pris en compte, et, armés de cette formule, nous semblons être tout-puissants. C'est là que nous rencontrons des difficultés.
Premières difficultés
La première (et principale) difficulté est la suivante : si une boîte relativement petite doit être réglée sur une fréquence assez basse, alors en substituant un grand diamètre dans la formule de la longueur du tunnel, nous obtiendrons une grande longueur. Essayons de substituer un diamètre plus petit - et tout se passe bien. Un grand diamètre nécessite une grande longueur, et un petit juste un petit. Qu'est-ce qui ne va pas avec ça? Et voici quoi. En mouvement, le cône du haut-parleur avec sa face arrière "pousse" de l'air presque incompressible à travers le tunnel de l'inverseur de phase. Le volume d'air oscillant étant constant, la vitesse de l'air dans le tunnel sera autant de fois supérieure à la vitesse oscillatoire du diffuseur, autant de fois la section transversale du tunnel sera inférieure à la surface du diffuseur. Si vous faites un tunnel dix fois plus petit qu'un diffuseur, la vitesse d'écoulement dans celui-ci sera élevée et lorsqu'elle atteindra 25 à 27 mètres par seconde, des turbulences et des bruits de jet apparaîtront inévitablement. Le grand chercheur des systèmes acoustiques R. Small a montré que la section minimale du tunnel dépend du diamètre du haut-parleur, de la plus grande course de son cône et de la fréquence d'accord de l'inverseur de phase. Small a proposé une formule complètement empirique mais fonctionnelle pour calculer la taille minimale d'un tunnel :
Small a dérivé sa formule dans des unités qui lui sont familières, de sorte que le diamètre du haut-parleur Ds, la course maximale du cône Xmax et le diamètre minimal du tunnel Dmin sont exprimés en pouces. La fréquence d'accord bass-reflex est, comme d'habitude, en hertz.
Maintenant, les choses ne sont plus aussi roses qu'avant. Il s'avère souvent que si vous choisissez le bon diamètre du tunnel, il ressort incroyablement long. Et si vous réduisez le diamètre, il y a une chance que déjà sur puissance moyenne le tunnel sifflera. Outre le bruit de jet proprement dit, les tunnels de petit diamètre ont également tendance à des "résonances d'organes", dont la fréquence est bien supérieure à la fréquence d'accord de l'inverseur de phase et qui sont excitées dans le tunnel par des turbulences à débits élevés.
Face à ce dilemme, les lecteurs d'ACS appellent généralement l'éditeur et demandent une solution. J'en ai trois : facile, moyen et extrême.
Une solution simple pour les petits problèmes
Lorsque la longueur estimée du tunnel est telle qu'il rentre presque dans la coque et ne raccourcit que légèrement sa longueur avec le même réglage et la même section transversale, je recommande d'utiliser un tunnel à fentes au lieu d'un tunnel rond, et de ne pas le placer dans le milieu de la paroi avant de la coque (comme sur la Fig. 6 ), mais près d'une des parois latérales (comme sur la Fig. 7). Puis au bout du tunnel, situé à l'intérieur du caisson, l'effet "d'allongement virtuel" sera affecté du fait de la paroi située à côté. Les expériences montrent qu'avec une section transversale et une fréquence d'accord constantes, le tunnel illustré à la Fig. 7 est environ 15% plus court qu'avec la construction comme dans la fig. 6. Un inverseur de phase à fentes, en principe, est moins sujet aux résonances d'orgue qu'un rond, mais pour vous protéger encore plus, je recommande d'installer des éléments insonorisants à l'intérieur du tunnel, sous la forme d'étroites bandes de feutre collées au surface intérieure du tunnel dans la région d'un tiers de sa longueur. C'est une solution simple. Si cela ne suffit pas, il faudra passer à la moyenne.
Solution moyenne pour des problèmes plus importants
Une solution de complexité intermédiaire consiste à utiliser un tunnel à cône tronqué, comme sur la Fig. 8. Mes expériences avec de tels tunnels ont montré qu'il est ici possible de réduire la section transversale de l'entrée par rapport au minimum autorisé selon la formule Small sans risque de bruit de jet. De plus, un tunnel conique est beaucoup moins sujet aux résonances d'organes qu'un tunnel cylindrique.
En 1995, j'ai écrit un programme de calcul de tunnels coniques. Il remplace un tunnel conique par une suite de tunnels cylindriques et, par approximations successives, calcule la longueur nécessaire pour remplacer un tunnel régulier à section constante. Ce programme est fait pour tout le monde, et il peut être téléchargé sur le site Web du magazine ACS http://www.audiocarstereo.it/ dans la section ACS Software. Un petit programme qui tourne sous DOS, vous pouvez le télécharger et le calculer vous-même. Et vous pouvez le faire différemment. Lors de la préparation de la version russe de cet article, les résultats des calculs à l'aide du programme CONICO ont été résumés dans un tableau, à partir duquel vous pouvez prendre la version finale. Le tableau est compilé pour un tunnel d'un diamètre de 80 mm. Cette valeur de diamètre convient à la plupart des subwoofers avec un diamètre de cône de 250 mm. Après avoir calculé la longueur requise du tunnel à l'aide de la formule, recherchez cette valeur dans la première colonne. Par exemple, selon vos calculs, il s'est avéré que vous avez besoin d'un tunnel de 400 mm de long, par exemple, pour régler une boîte d'un volume de 30 litres à une fréquence de 33 Hz. Le projet n'est pas anodin, et il ne sera pas facile de placer un tel tunnel à l'intérieur d'une telle boîte. Regardez maintenant les trois colonnes suivantes. Il montre les dimensions du tunnel conique équivalent calculé par le programme, dont la longueur ne sera plus de 400, mais seulement de 250 mm. Tout autre chose. La signification des dimensions dans le tableau est illustrée à la fig. neuf.
Le tableau 2 est compilé pour le tunnel initial d'un diamètre de 100 mm. Cela conviendra à la plupart des subwoofers avec un pilote de 300 mm.
Si vous décidez d'utiliser le programme vous-même, rappelez-vous : un tunnel en forme de cône tronqué est réalisé avec un angle d'inclinaison de la génératrice a de 2 à 4 degrés. Cet angle de plus de 6 à 8 degrés n'est pas recommandé, dans ce cas, des turbulences et des bruits de jet peuvent se produire à l'entrée (étroite) du tunnel. Cependant, même avec une petite conicité, la réduction de la longueur du tunnel est assez importante.
Un tunnel en forme de cône tronqué n'a pas besoin d'avoir une section circulaire. Comme un cylindre régulier, il est parfois plus pratique de le fabriquer sous la forme d'une fente. Même, en règle générale, c'est plus pratique, car il est alors assemblé à partir de pièces plates. Les dimensions de la version fendue du tunnel conique sont données dans les colonnes suivantes du tableau, et la signification de ces dimensions est indiquée sur la fig. dix.
Remplacer un tunnel conventionnel par un tunnel conique peut résoudre de nombreux problèmes. Mais pas tout. Parfois, la longueur du tunnel s'avère si grande que même le raccourcir de 30 à 35% ne suffit pas. Pour ces cas difficiles...
Solution extrême pour les gros problèmes
Une solution extrême consiste à utiliser un tunnel avec des contours exponentiels, comme le montre la Fig. 11. Pour un tel tunnel, la section transversale diminue d'abord progressivement, puis augmente tout aussi doucement jusqu'au maximum. Du point de vue de la compacité pour une fréquence d'accord donnée, de la résistance au bruit de jet et aux résonances d'organes, le tunnel exponentiel n'a pas d'égal. Mais il n'a pas d'égal en termes de complexité de fabrication, même si ses contours sont calculés selon le même principe que celui qui a été fait dans le cas d'un tunnel conique. Afin de pouvoir encore profiter du tunnel exponentiel dans la pratique, j'ai proposé sa modification : un tunnel, que j'ai appelé le "sablier" (Fig. 12). Le tunnel du sablier se compose d'une section cylindrique et de deux sections coniques, d'où la ressemblance extérieure avec un ancien instrument de mesure du temps. Cette géométrie permet de raccourcir le tunnel par rapport à la section d'origine, constante, au moins une fois et demie, voire plus. Pour calculer le sablier, j'ai aussi écrit un programme, il se trouve là, sur le site de l'ACS. Et tout comme pour un tunnel conique, voici un tableau avec des options de calcul prêtes à l'emploi.
La signification des dimensions dans les tableaux 3 et 4 ressort clairement de la fig. 13. D et d sont respectivement le diamètre de la section cylindrique et le plus grand diamètre de la section conique, L1 et L2 sont les longueurs des sections. Lmax est la longueur totale du tunnel du sablier, juste à titre de comparaison, combien il a été raccourci, mais en général, c'est L1 + 2L2.
Technologiquement, fabriquer un sablier avec une section circulaire n'est pas toujours facile et pratique. Par conséquent, ici, il peut également être réalisé sous la forme d'une fente profilée, il s'avérera, comme sur la Fig. 14. Pour remplacer un tunnel d'un diamètre de 80 mm, je recommande de choisir une hauteur de fente de 50 mm, et pour remplacer un tunnel cylindrique de 100 mm, 60 mm. Ensuite, la largeur de la section de section constante Wmin et la largeur maximale à l'entrée et à la sortie du tunnel Wmax seront les mêmes que dans le tableau (les longueurs des sections L1 et L2 - comme dans le cas d'une section circulaire, rien ne change ici). Si nécessaire, la hauteur h du tunnel à fentes peut être modifiée en ajustant simultanément Wmin et Wmax afin que les valeurs de la section transversale (h.Wmin, h.Wmax) restent inchangées.
J'ai utilisé la variante tunnel en sablier de l'inverseur de phase, par exemple, lorsque je fabriquais un subwoofer de cinéma maison avec une fréquence d'accord de 17 Hz. La longueur estimée du tunnel s'est avérée être supérieure à un mètre, et en calculant le "sablier", j'ai pu le réduire de près de moitié, alors qu'il n'y avait pas de bruit même à une puissance d'environ 100 watts. J'espère que ça va t'aider aussi...
La méthode de calcul de l'inverseur de phase acoustique Yu. Lyubimov basée sur les matériaux de la revue "EW" (R-7/68) est basée sur les mesures les plus simples effectuées avec une copie bien définie du haut-parleur installé dans la phase acoustique onduleur et sur la détermination nomographique des dimensions de ce dernier.
Tout d'abord, guidé par la Fig.1 et le tableau, il est nécessaire de créer un "volume standard" - une boîte en contreplaqué scellée, dont tous les joints sont soigneusement ajustés, collés et enduits de pâte à modeler pour éviter les fuites d'air. la fréquence de résonance naturelle du haut-parleur situé dans l'espace libre. Pour ce faire, il est suspendu dans les airs à l'écart des gros objets (meubles, murs, plafond).
diamètre du diffuseur haut-parleur, mm |
Dimensions, mm | ||
UNE | À | Avec | |
200 | 255 | 220 | 170 |
250 | 360 | 220 | 220 |
300 | 360 | 220 | 270 |
375 | 510 | 220 | 335 |
Le schéma de mesure est illustré à la Fig.2. Ici, ZG est un générateur de son gradué, V est un voltmètre à tube AC et R est une résistance d'une résistance de 100 ... 1000 Ohm (avec grandes valeurs la mesure de la résistance est plus précise). En tournant le bouton de réglage de fréquence du générateur de sons dans la plage de 15 ... 20 à 200 ... 250 Hz, la déviation maximale de l'aiguille du voltmètre est atteinte. La fréquence à laquelle la déviation est maximale est la fréquence de résonance du haut-parleur dans l'espace libre FB.
L'étape suivante consiste à déterminer la fréquence de résonance du haut-parleur FЯ, lorsqu'il fonctionne au "volume standard". Pour ce faire, le haut-parleur est placé avec un diffuseur sur le trou "volume standard" et pressé légèrement pour éviter les fuites d'air à la jonction des surfaces. La méthode pour déterminer la fréquence de résonance est la même, mais dans ce cas, elle sera 2 à 4 fois plus élevée.
Connaissant ces deux fréquences, à l'aide de nomogrammes, on trouve les dimensions de l'inverseur de phase. En fonction du diamètre du cône du haut-parleur, choisir le nomogramme illustré à la Fig. 3 (pour un diamètre de 200 mm), à la Fig. 4 (pour un diamètre de 250 et 300 mm.) Ou
fig.2
Dans la Fig. 5 (pour un diamètre de 375 mm). Selon le nomogramme sélectionné, le volume de l'inverseur de phase est déterminé, pour lequel les points correspondant aux fréquences trouvées sont reliés par une ligne droite sur les axes "Fréquence de résonance FВ" (voir Fig. 4 point A) et "Fréquence de résonance Fß" (point B). Le point d'intersection C avec le petit axe est marqué et à partir de là, une deuxième ligne droite est tracée à travers le point D jusqu'à l'axe du "volume optimal". La valeur correspondant au nouveau point d'intersection E est le volume souhaité. S'il n'y a pas de considérations particulières pour la conception d'une boîte d'une configuration spéciale, le calcul de ses dimensions internes pour un volume donné peut être effectué à l'aide du nomogramme illustré à la Fig. 6. La largeur de l'inverseur de phase sera égale à 1,4 hauteurs et la hauteur - 1,4 profondeurs. L'utilisation du nomogramme n'est pas difficile: une ligne droite est tracée entre les axes extrêmes, sur laquelle les valeurs de volume sont tracées. Les points d'intersection de la ligne avec les axes A, B, C détermineront la largeur, la hauteur et la profondeur de la boîte. Diamètre de découpe du haut-parleur égal à la cote C indiquée dans le tableau.
De plus, après avoir donné le diamètre du tunnel, il est nécessaire de déterminer sa longueur et de vérifier s'il s'intègre dans le boîtier bass-reflex. La longueur du tunnel est trouvée à partir des graphiques de la Fig. 7 pour trois diamètres internes : graphiques A - pour un diamètre de 50 mm, B - pour un diamètre de 75 mm à B - pour un diamètre de 120 mm. En sélectionnant les graphiques appropriés, par fréquence
fig.3
fig.4
fig.5
FB et le volume de l'inverseur de phase, déterminé précédemment, trouvent la longueur du tunnel (exemple sur la Fig. 7B). Elle doit être inférieure de 35 à 40 mm à la profondeur intérieure du tiroir. Si cela ne fonctionne pas, vous pouvez modifier légèrement la configuration de la boîte, tout en conservant son volume, ou prendre un diamètre de tunnel différent.
L'inverseur de phase est en contreplaqué d'une épaisseur d'environ 20 mm. S'il n'y a pas de contreplaqué aussi épais, pour augmenter la rigidité, vous devez coller des barres diagonales ou transversales de 25 x 75 mm à l'intérieur de la boîte. La boîte est assemblée avec des vis et de la colle, et toutes les coutures sont scellées. mur arrière il est recommandé de fixer avec des vis (cinq pièces par côté) avec un tampon en feutre. Le tunnel est fabriqué à partir d'un tube en carton à paroi épaisse.
Après avoir fabriqué un inverseur de phase et y avoir installé un haut-parleur, ils commencent à l'amortir. Pour ce faire, il est recommandé de recouvrir complètement le haut-parleur par l'arrière avec une couche de laine de verre de 25 à 50 mm d'épaisseur, en le fixant au panneau autour du support de diffuseur à l'aide d'un anneau vissé avec des vis ou des vis. La suffisance de l'amortissement est vérifiée à l'aide du circuit illustré à la Fig. 8. La résistance de la résistance R est prise égale à environ 0,5 ohm. Si le coefficient d'amortissement K de l'amplificateur avec lequel l'unité fonctionnera est connu, et la résistance de la bobine mobile du haut-parleur courant alternatif r, alors il peut être déterminé à partir de la formule R = r / K, Ohm.
Déplacer le commutateur d'une position à une autre, écouter un clic dans
J'ai commencé à construire des colonnes au début des années 80. Et si au début ce n'était qu'une « enceinte dans un boîtier », alors, naturellement, l'étude de l'influence des paramètres du boîtier (et de l'inverseur de phase) sur le son de l'enceinte a commencé.
Il existe de nombreux "constructeurs de subwoofers", mais pour la grande majorité, ce n'est qu'un "haut-parleur dans une boîte" et plus il y en a, mieux c'est. Oui, dans une certaine mesure, pour une boîte fermée, c'est correct. Mais pour un inverseur de phase...
L'inverseur de phase nécessite un réglage minutieux. Que voit-on en pratique ? En tant qu'inverseur de phase, les gens mettent des tuyaux d'égout de longueur arbitraire, fabriquent des "inverseurs de phase à fentes" dans l'image: "Vasya a fait cette taille", tout en mettant un autre haut-parleur. Celui qui représente cela se limite à la fabrication d'une boîte fermée (et il le fait bien !).
Bien sûr, il existe de merveilleux programmes de simulation, par exemple, Boutique d'enceintes JBL. Mais ils nécessitent tous l'introduction d'un tas de paramètres initiaux. Et même en les connaissant, l'écart avec la pratique s'avère, en règle générale - énorme(le haut-parleur s'est avéré légèrement différent, la taille du boîtier est légèrement différente, nous ne savons pas quoi et combien de charge, le tuyau de l'inverseur de phase est légèrement différent, nous ne connaissons pas la résistance acoustique, etc.)
Exister techniques simples pour la mise en place d'un inverseur de phase, qui ne nécessite pas de connaître les données initiales exactes des enceintes, des boîtiers, et ne nécessite pas de complexe instruments de mesure ou des calculs mathématiques. Tout a déjà été pensé et testé en pratique !
Je veux parler d'une méthode simple pour configurer un inverseur de phase, qui donne une erreur ne dépassant pas 5%. Une technique qui existe depuis plus de 30 ans. Je l'utilise depuis que je suis étudiant.
Quelle est la différence entre un coffret avec inverseur de phase et un coffret fermé ?
Tout haut-parleur, comme un système mécanique, a sa propre fréquence de résonance. Au-dessus de cette fréquence, le haut-parleur sonne "assez lisse", et en dessous de cette fréquence, le niveau de pression acoustique qu'il génère diminue. Chute à raison de 12 dB par octave (soit 4 fois pour une réduction de fréquence par 2). La "limite inférieure des fréquences reproductibles" est considérée comme la fréquence à laquelle le niveau baisse de 6 dB (c'est-à-dire 2 fois).
Dynamique de la réponse en fréquence en espace ouvert
En installant le haut-parleur dans un caisson, sa fréquence de résonance augmentera quelque peu, du fait que l'élasticité de l'air comprimé dans le caisson s'ajoutera à l'élasticité de la suspension du diffuseur. L'augmentation de la fréquence de résonance va inévitablement "tirer" vers le haut et la limite inférieure des fréquences reproductibles. Plus le volume d'air dans la boîte est petit, plus son élasticité est élevée et, par conséquent, plus la fréquence de résonance est élevée. D'où l'envie de "rendre la box plus-oh-oh-plus".
Ligne jaune - réponse en fréquence du haut-parleur dans une boîte fermée
Dans une certaine mesure, il est possible de rendre la boîte "plus grande" sans augmenter ses dimensions physiques. Pour ce faire, la boîte est remplie de matériau absorbant. Nous n'entrerons pas dans la physique de ce processus, mais à mesure que la quantité de charge augmente, la fréquence de résonance du haut-parleur dans la boîte diminue (le "volume équivalent" de la boîte augmente). S'il y a trop de charge, la fréquence de résonance recommence à augmenter.
Oublions l'influence des dimensions de la boîte sur d'autres paramètres, comme le facteur de qualité. Laissons cela aux "constructeurs de colonnes" expérimentés. Dans la plupart des cas pratiques, en raison de l'espace limité, le volume de la boîte s'avère assez proche de l'optimal (nous ne construisons pas d'enceintes de la taille d'une armoire). Et le sens de l'article n'est pas de vous charger de formules et de calculs complexes.
Étaient distraits. Avec une boîte fermée, tout est clair, mais que nous apporte un inverseur de phase ? Un inverseur de phase est un "tuyau" (pas nécessairement rond, il peut être rectangulaire et une fente étroite) d'une certaine longueur, qui, avec le volume d'air dans la boîte, a sa propre résonance. A cette "seconde résonance", la sortie sonore du haut-parleur augmente. La fréquence de résonance est choisie légèrement inférieure à la fréquence de résonance du haut-parleur dans le caisson, c'est-à-dire dans la zone où le haut-parleur commence à perdre de la pression acoustique. Par conséquent, là où le haut-parleur est en récession, une montée apparaît, qui compense en partie cette baisse, élargissant la fréquence de coupure inférieure des fréquences reproduites.
Ligne rouge - réponse en fréquence du haut-parleur dans une boîte fermée avec un inverseur de phase
Il est à noter qu'en dessous de la fréquence de résonance de l'inverseur de phase, la perte de charge acoustique sera plus forte que celle d'un caisson fermé et sera de 24 dB par octave.
Ainsi, l'inverseur de phase permet d'élargir la gamme des fréquences reproductibles vers les basses fréquences. Alors, comment choisir la fréquence de résonance d'un inverseur de phase ?
Si la fréquence de résonance de l'inverseur de phase est supérieure à la valeur optimale, c'est-à-dire il sera proche de la fréquence de résonance du haut-parleur dans le caisson, puis nous obtiendrons une "surcompensation" sous la forme d'une bosse saillante dans la réponse en fréquence. Le son sera en forme de tonneau. Si la fréquence est choisie trop basse, la montée du niveau ne se fera pas sentir, car. aux basses fréquences, la sortie du haut-parleur chute trop (sous-compensée).
Lignes bleues - réglage bass reflex pas optimal
C'est un moment très délicat, soit l'inverseur de phase donnera un effet, soit il n'en donnera pas, soit au contraire il gâchera le son ! La fréquence de l'inverseur de phase doit être choisie très précisément ! Mais où pouvez-vous obtenir cette précision dans un environnement garage-maison ?
En fait, le coefficient de proportionnalité entre la fréquence de résonance du haut-parleur dans la boîte et la fréquence de résonance de l'inverseur de phase, dans la grande majorité des conceptions réelles, est de 0,61 - 0,65, et si nous le prenons égal à 0,63, alors le l'erreur ne sera pas supérieure à 5 %.
1. Vinogradova E.L. "Concevoir des haut-parleurs avec une réponse en fréquence lissée", Moscou, éd. Énergie, 1978
2. "En savoir plus sur le calcul et la fabrication d'un haut-parleur", w. Radio, 1984, n° 10
3. "Mise en place des inverseurs de phase", eh bien. Radio, 1986, n° 8
Passons maintenant de la théorie à la pratique - c'est plus proche de nous.
Comment mesurer la fréquence de résonance d'un haut-parleur dans un caisson ? Comme on le sait, à la fréquence de résonance, "le module du total résistance électrique» (impédance) de la bobine acoustique augmente. En gros, la résistance grandit. Si pour courant continu c'est, par exemple, 4 ohms, puis à la fréquence de résonance, il augmentera jusqu'à 20 - 60 ohms.Comment mesurer cela?
Pour ce faire, en série avec le haut-parleur, vous devez allumer une résistance dont la valeur nominale est supérieure d'un ordre de grandeur à la propre résistance du haut-parleur. Une résistance d'une valeur nominale de 100 à 1000 ohms nous convient. En mesurant la tension aux bornes de cette résistance, nous pouvons estimer le "module d'impédance" de la bobine acoustique du haut-parleur. Aux fréquences où l'impédance du haut-parleur est élevée, la tension aux bornes de la résistance sera minimale, et vice versa. Alors, comment mesurer ?
Mesure de l'impédance des enceintes
Les valeurs absolues ne sont pas importantes pour nous, il suffit de trouver la résistance maximale (tension minimale aux bornes de la résistance), les fréquences sont assez basses, vous pouvez donc utiliser un testeur ordinaire (multimètre) en mode de mesure de tension alternative. Et où trouver la source des fréquences sonores?
Bien sûr, il vaut mieux utiliser un générateur de fréquence audio comme source... Mais laissons cela aux professionnels. Mais "personne ne nous interdit" de créer un CD avec une gamme de fréquences sonores enregistrées, créées dans n'importe quel programme informatique, par exemple CoolEdit ou Adobe Audition. Même moi, avec un équipement de mesure à la maison, j'ai créé un CD de 99 pistes, de quelques secondes chacune, avec une gamme de fréquences de 21 à 119 Hz, par pas de 1 Hz. Très confortablement ! Je l'ai inséré dans la radio, vous sautez le long des pistes - vous changez la fréquence. La fréquence est égale au numéro de piste + 20. Très simple !
Le processus de mesure de la fréquence de résonance du haut-parleur dans la boîte est le suivant: nous «bouchons» le trou de l'inverseur de phase (un morceau de contreplaqué et de pâte à modeler), allumons le CD pour la lecture, réglons un volume acceptable et sans en le changeant, "sautez" par-dessus les pistes et trouvez la piste sur laquelle la tension est sur la résistance est minimale. Tout - la fréquence nous est connue.
D'ailleurs, en parallèle, en mesurant la fréquence de résonance du haut-parleur dans le caisson, on peut choisir la quantité optimale de charge pour le caisson ! En ajoutant progressivement la quantité de charge, nous regardons le changement de la fréquence de résonance. Nous trouvons la quantité optimale à laquelle la fréquence de résonance est minimale.
Connaissant la valeur de la "fréquence de résonance du haut-parleur dans le caisson avec remplissage", il est facile de trouver la fréquence de résonance optimale de l'inverseur de phase. Il suffit de le multiplier par 0,63. Par exemple, nous avons obtenu la fréquence de résonance du haut-parleur dans la boîte à 62 Hz - par conséquent, la fréquence de résonance optimale de l'inverseur de phase sera d'environ 39 Hz.
Maintenant, nous «ouvrons» l'ouverture de l'inverseur de phase et, en modifiant la longueur du tuyau (tunnel) ou sa section transversale, nous accordons l'inverseur de phase à la fréquence requise. Comment faire?
Oui, en utilisant la même résistance, le même testeur et le même CD ! Il suffit de se rappeler qu'à la fréquence de résonance de l'inverseur de phase, au contraire, le «module d'impédance électrique» de la bobine du haut-parleur tombe au minimum. Par conséquent, nous devons rechercher non pas la tension minimale aux bornes de la résistance, mais au contraire le maximum - le premier maximum, qui est inférieur à la fréquence de résonance du haut-parleur dans la boîte.
Naturellement, la fréquence de réglage de l'inverseur de phase sera différente de celle requise. Et croyez-moi - très fortement ... Habituellement, vers les basses fréquences (sous-compensation). Pour augmenter la fréquence d'accord de l'inverseur de phase, il est nécessaire de raccourcir le tunnel ou de réduire sa section transversale. Vous devez le faire progressivement, un demi-centimètre ...
Quelque chose comme ça dans la région des basses fréquences ressemblera au module d'impédance électrique du haut-parleur dans une boîte avec un inverseur de phase réglé de manière optimale :
Voici toute la technique. Très simple, et en même temps, donnant un résultat assez précis.
Compréhension, affinement et mise au point de la conception acoustique de type « Phase-reflex ».
Tout est simple ! Vous n'avez pas besoin d'un diplôme en physique, vous n'avez pas besoin de mathématiques avancées, juste de la logique et du bon sens - c'est tout ce dont vous avez besoin pour obtenir un son décent. Dans cette section, nous allons essayer de tout mettre "sur les étagères", décrire de manière accessible et compréhensible le fonctionnement et la configuration du boîtier "Phase-reflex". Avec des connaissances - explorez et créez vos propres systèmes uniques !Inverseur de phase- un type de conception acoustique qui combine une qualité sonore élevée, un volume impressionnant, une facilité de construction et un réglage supplémentaire, ainsi que le FI est relativement petit en termes d'espace déplacé dans le coffre.
Nous recommandons d'utiliser ce type de conception pour tous nos utilisateurs comme premier cas., également, nous testons et recommandons les paramètres initiaux, les plus polyvalents en travail réel, du cas de type FI. Mais, comme vous le savez tous, il y a des exceptions à chaque règle. Et si les solutions que nous recommandons satisfont la plupart de vos exigences, il y aura toujours ceux qui ont besoin de quelque chose qui leur est propre - ce sont des participants à diverses compétitions, des amoureux du "vent" et des amoureux du "pompage du sol" . .. Cet article est dédié aux personnes qui ont construit un corps standard et qui en veulent plus - plus de qualité, ou plus de pression, ou des basses plus profondes, ou... ou...
Section 1. Plonger dans ...
Tout d'abord, comprenons comment fonctionne FI.Si la boîte fermée (CL) élimine simplement les ondes créées par la face arrière du diffuseur, le FI convertit ces ondes en ondes "utiles", grâce à quoi il y a une augmentation significative de l'efficacité et de la pression acoustique. L'avantage incontestable de FI, par rapport à GL, est bien plus haute efficacité et le volume, moins FI - haut niveau retards de groupe, exprimés en "flou" et fidélité des basses inférieure.
Le port transmet l'énergie dans une plage beaucoup plus étroite que l'avant du diffuseur. Par conséquent, les modifications n'affectent qu'une partie de la plage globale du subwoofer. Cependant, pour la majorité, un gain significatif de volume ou de bande passante efficace est bien plus important qu'une perte de qualité pas si significative, c'est pourquoi FI est peut-être le cas le plus populaire aujourd'hui.
Une représentation schématique de la conception de base du boîtier FI est illustrée dans la figure ci-dessous.
FI a 2 composants - volume (en tant que support de transmission) et port (en tant qu'émetteur supplémentaire). Le principe de fonctionnement de la conception de type "inverseur de phase" est que le corps inverse l'énergie de la face arrière du diffuseur en phase et, en utilisant le port, la transfère à l'environnement, améliorant ainsi le rendement acoustique. En termes simples, le corps fabrique des ondes "positives" à partir d'ondes "négatives", ces ondes "positives" augmentent le rendement final.Section 2. Approfondir.
Nous avons compris le principe du travail, passons maintenant à la pratique.Nous testons les cas FI depuis de nombreuses années et, au fil des années de travail, nous avons identifié les paramètres de cas les plus populaires qui satisferont la majorité de nos utilisateurs. Mais s'il y a un désir d'obtenir quelque chose de vraiment spécial de la basse, vous devrez travailler et ajuster le FI individuellement.
À connexion correcte, le diffuseur se déplace d'abord vers le haut, créant une dépression dans le boîtier, puis vers le bas, créant une compression. Et c'est normal, mais dans des cas particuliers, cela fonctionne mieux dans l'ordre inverse. Par conséquent, la première chose que nous essaierons de changer est de faire en sorte que le diffuseur se déplace d'abord vers le bas, puis vers le haut. Pour ce faire, changez simplement la polarité de la connexion des haut-parleurs - "mélangez" le plus avec le moins, maintenant le diffuseur va d'abord descendre et cela va sérieusement changer le son. Ne confondez pas les bornes acoustiques avec l'alimentation, en connectant mal les fils d'alimentation à l'amplificateur, vous êtes assuré de le brûler.
Nous avons étiré l'enceinte, écouté notre boîtier standard, joué avec les réglages radio et les fréquences de coupure, peaufiné les égaliseurs et autres "améliorants"... quelque chose ne vous convient toujours pas ? Passons donc à l'essentiel du problème et modifions le corpus pour que tout convienne !
Paramètre. Mettons-nous d'accord tout de suite, dans de nombreuses sources, il est d'usage de comprendre une certaine fréquence unique par le "réglage" du FI. Nous pouvons soi-disant activer une sorte de programme dans lequel nous devons entrer certains paramètres et qui nous dira immédiatement et dessinera la boîte souhaitée. Tout cela est fondamentalement faux. Le réglage est un processus conscient et pratique, dont le résultat est le résultat souhaité., qu'il s'agisse d'une qualité sonore ou d'une sorte de pression surnaturelle ou d'une plage particulièrement large.
Le volume sert à changer la polarité de l'onde inverse de "-" à "+", tandis que le port est une sorte de transmetteur d'énergie. En termes simples, plus le volume est nécessaire, plus les basses sont basses et profondes, le port est strictement défini, car cela dépend du port de combien et de quelle fréquence sera amplifiée. Plus simplement encore, le volume fixe les limites de la plage de fonctionnement, le port amplifie la partie souhaitée de la plage ou l'étend vers le haut ou vers le bas.
Ensuite, nous verrons comment le processus de constitution du dossier se déroule en pratique. Et pour commencer, nous définirons les principaux paramètres que nous pouvons mesurer, ressentir, entendre et modifier. On n'ira pas en profondeur dans la physique, ce n'est pas nécessaire, on pensera plus simplement...
Volume- tout le monde sait ce que c'est, mesuré en décibels (db). Le volume est maximal (la plupart des compétitions SPL), le résultat maximal est mesuré à une fréquence et moyen (format LoudGames) - un certain nombre de fréquences sont mesurées, la valeur moyenne est prise comme résultat final. On peut déjà entendre une différence de 3 dB, une différence de 10 dB est très bien ressentie par n'importe qui.
Efficacité- ce paramètre décrit le volume réel que nous obtenons avec la même puissance d'entrée. Exemple : ayant 500W, un boitier moins performant donnera 110dB en moyenne, un plus performant donnera 120dB. Notre tâche est d'obtenir une efficacité maximale à toutes les fréquences reproductibles.
Fréquence de réponse- par rapport au subwoofer, il s'agit de la plage de fréquence de 20 à 100 Hz. Idéalement, le subwoofer devrait reproduire toutes ces fréquences et avec le même volume, mais en réalité ce n'est bien sûr pas le cas, le subwoofer travaille une partie de la plage et a une chute de volume plus proche des fréquences limites de ses capacités. Notre tâche est de faire en sorte que le subwoofer reproduise réellement des fréquences de 20 à 100 Hz, mais les haut-parleurs de basse moyenne de voiture modernes sont déjà capables de fonctionner dans la plage de 70 à 80 Hz, et beaucoup de 50 à 60 Hz, ce qui simplifie grandement la tâche. .
Temps de retard de groupe (GDT)- est mesuré en millisecondes, et plus il est élevé, moins notre basse sera "significative". En pratique, un retard de groupe important s'exprime par un « lag » net de la basse, en l'absence de nombreux détails, par une basse « molle », non émotive et « bourdonnante ». Pourquoi "temps de groupe" - si le retard est le même à chaque fréquence reproduite dans toute la plage audible de 20 à 20000 Hz, alors les basses seront parfaites et précises, quelle que soit la taille de ce retard. De plus, la présence d'un retard est naturelle, et plus la fréquence est basse, plus le retard est élevé. Mais en réalité, la différence entre le temps de retard à différentes fréquences est beaucoup plus élevée que l'idéal et beaucoup moins constante, et en raison de cette différence incohérente, le son se transforme en désordre - une fréquence joue plus tôt, l'autre plus tard. Notre tâche est de réduire le retard de groupe à un niveau naturel.
Une efficacité maximale sur toute la gamme de fréquences avec un retard de groupe minimal est notre recette pour l'enceinte parfaite. En réalité, comme d'habitude, tout n'est pas si simple, gagner en un, sacrifier autre chose ...
Ayant un cas de type "Pass-reflex", nous opérons avec trois variables interdépendantes - volume, surface de port et longueur de port. En les modifiant, nous sommes en mesure d'obtenir le résultat souhaité pour chacun des paramètres ci-dessus. Voyons ce dont chacune de ces variables est responsable et comment les changements affecteront les paramètres sonores, ainsi que comment le changement affectera la santé de notre haut-parleur et la fiabilité du système dans son ensemble.
Volume. En augmentant le volume, on augmente l'efficacité, mais on augmente aussi le retard de groupe, on baisse la limite inférieure de la plage, mais on baisse aussi la limite supérieure. Et vice versa
En volume, nous fixons les limites de la gamme de fréquences reproductibles. Tout le monde sait qu'avec une fréquence décroissante, la longueur d'onde augmente, ce qui signifie que plus le volume est important, plus le temps de retard de l'onde arrière sera long et plus la conversion de l'onde arrière de "-" à "+" à les basses fréquences le seront, mais moins la conversion aux hautes fréquences sera efficace.
Avec une augmentation du volume, le niveau de retard de groupe augmente également en bas et en haut, mais si en bas de gamme une augmentation du retard de groupe est perçue comme naturelle, alors en haut ce n'est pas du tout le cas. Des changements d'efficacité se produisent également, avec une augmentation du volume, l'efficacité augmente en bas, mais diminue en haut.
Bien sûr, le volume a un impact à la fois sur le retard de groupe et sur l'efficacité, mais cet effet n'est pas important et est proche des limites naturelles. La tâche principale du volume est d'obtenir la gamme effective souhaitée de fréquences reproductibles.
Haut-parleur et volume interconnectés. Plus le volume utilisé est important, plus le haut-parleur doit être efficace. Un exemple simple : on lance une enceinte 8" dans un volume de 150 litres, il n'y aura pratiquement pas de son, mais une enceinte 18" dans le même volume donnera facilement des basses pleines. Le fait est qu'avec une augmentation de la course linéaire, ou avec une augmentation de la taille, ou avec une augmentation de l'efficacité, ou avec une augmentation de ces trois caractéristiques à la fois, le haut-parleur est capable d'agir efficacement sur une plus grande masse de air.
À la suite de nos propres tests, nous avons déjà déterminé pour vous le volume le plus efficace pour chacun de nos subwoofers, en d'autres termes, nous avons déterminé la plage dans laquelle le subwoofer fonctionnera afin qu'il soit possible d'obtenir la meilleure qualité sonore. en raison de l'absence de "chute" entre les basses moyennes et le subwoofer, tandis que nous avons mesuré de nombreuses basses moyennes différentes dans diverses conditions réelles, déterminant que la plage inférieure qu'elles reproduisent est de 69 à 84 Hz. Si votre basse moyenne fonctionne vraiment et efficacement en dessous des limites indiquées, nous vous recommandons d'augmenter le volume, à la suite de quoi le subwoofer fonctionnera plus bas et le sacrifice de la limite supérieure sera indolore pour le système.
Nous avons déterminé le volume, avec son aide, nous avons défini les limites initiales de la gamme, considérons maintenant le port. Le port a 2 paramètres - section transversale et longueur, et en modifiant ces paramètres, nous déterminons la largeur de la plage qui sera renforcée par le port, dans quelle partie de la plage de travail ce renforcement sera situé, l'efficacité du renforcement être, comment cela affectera le retard de groupe.
Longueur des ports. En augmentant la longueur du port, nous augmentons ainsi la masse d'air dans le port, c'est-à-dire que nous augmentons la charge sur le haut-parleur, le forçant à "pousser" une plus grande masse d'air. Plus d'air - efficacité supérieure, mais retard de groupe supérieur.
Longueur du port affecte directement le haut-parleur, augmentant ou, au contraire, abaissant la charge sur le diffuseur. Dans des conditions de charge optimales, le haut-parleur fonctionne plus efficacement, un niveau de pression acoustique décent est créé et les conditions sont organisées pour assurer une course de cône suffisante, ce qui signifie que le refroidissement de la bobine mobile sera suffisant et que le son sera agréablement profond et précis . En augmentant la longueur du port, on augmente certes l'efficacité, mais on augmente aussi la charge sur le diffuseur, la course sera moindre, le refroidissement est moins bon, le retard de groupe est plus élevé.
Il faut garder à l'esprit que la charge sur le haut-parleur est créée à la fois par le boîtier FI à l'arrière et par l'intérieur de la voiture à l'avant. Nous réalisons tous nos tests pour le coffre moyen d'une voiture de taille moyenne. Supposons que la charge sur l'enceinte avant soit réduite (écoute avec portes ouvertes ou le véhicule est trop grand, comme un minibus), auquel cas la longueur du port doit être augmentée, ainsi on compense la baisse de charge frontale en augmentant la charge arrière. Le cas contraire - l'espace fermé du coffre d'une berline, en raison de son volume limité, "retient" considérablement le subwoofer, la charge dans ce cas doit également être compensée, mais en réduisant la longueur du port.
En modifiant la longueur du port, nous pouvons également atteindre un autre objectif - élargir la gamme de fréquences reproductibles vers le haut ou vers le bas, mais dans ce cas, nous déséquilibrerons inévitablement le système. En augmentant la longueur du port, nous augmentons, comme dans le cas du volume, mais dans une bien moindre mesure, le temps de retard de l'onde "arrière", augmentant ainsi l'efficacité du subwoofer dans la partie inférieure de la gamme. Cependant, comme mentionné ci-dessus, en faisant cela, nous sacrifions la "santé" du haut-parleur, le forçant à travailler au-delà de ses capacités. La longueur optimale du port amplifie toute la gamme de fréquences reproductibles, amplifiant sa partie centrale avec une chute douce vers le bord.
Alors qu'est-ce que nous avons. Sur la base de nos recommandations, nous augmentons la longueur du port au cas où il serait nécessaire de compenser la charge sur le haut-parleur. Nous augmentons la longueur du port pour augmenter le retour au bas de la plage de fonctionnement, augmenter la charge sur le haut-parleur et sacrifier l'efficacité et augmenter le retard de groupe. Et vice versa.
Zone portuaire. En modifiant la zone de port, nous rétrécissons ou élargissons la plage de fréquences reproductibles du subwoofer, tout comme nous modifions à la fois l'efficacité et le retard de groupe.
La zone, comme la longueur du port, décharge ou charge le haut-parleur en modifiant la masse d'air dans le port. Plus la zone est grande, plus le retard de groupe est élevé et plus l'efficacité est élevée et vice versa.
Le port a une certaine bande passante. Plus la superficie du port est grande, plus son débit, plus le port fonctionne aux basses fréquences, mais plus la plage sera étroite. Cependant, trop de zone de port surchargera fortement le haut-parleur au point où son efficacité tombera à zéro. Et vice versa, la zone portuaire est trop petite et vous pouvez oublier l'augmentation de volume inhérente à FI.
Notre port est un compromis raisonnable entre bande passante, efficacité et délai de groupe. En conséquence, toujours sur la base de nos recommandations, nous augmentons la superficie du port au cas où il y aurait un besoin de recevoir Efficacité accrue dans une plage de fréquences rétrécie, ou nous réduisons la zone du port dans le cas où il est nécessaire d'étendre la plage ou de réduire le retard de groupe, mais il est possible de sacrifier l'efficacité.
changements complexes. Comme nous pouvons le voir, le volume et le port sont responsables des mêmes paramètres, mais en réalité leur influence n'est pas la même ni en degré ni en force d'influence sur le résultat final. En changeant le volume, nous ajustons la plage de fréquences, en changeant le port, nous ajustons le subwoofer pour qu'il fonctionne dans des conditions spécifiques. Cependant, comme vous l'avez déjà compris, il existe de nombreuses options pour modifier plusieurs paramètres à la fois, ce qui permet de configurer le subwoofer pour qu'il fonctionne individuellement. Cela signifie que vous sacrifiez volontairement un paramètre sonore moins important, mais que vous avez la possibilité d'en mettre en évidence un beaucoup plus important.
Limites du changement. Changer le volume aura toujours un effet moins significatif sur le caractère du son que le port, mais les limites de la modification du volume sont beaucoup plus larges. Les changements de volume utiles sont à +-60% de l'original. Les modifications de la zone et de la longueur du port doivent être effectuées avec une extrême prudence et dans un délai ne dépassant pas 35 %. Tous les changements qui vont au-delà de ces limites entraîneront de graves conséquences négatives, bloquant tous les avantages visibles. Ce sont des changements significatifs du son dans le sens négatif, ainsi qu'une augmentation très significative de la charge sur le haut-parleur.
Aussi, avec des changements complexes, méfiez-vous du "double effet". Par exemple, ils ont augmenté le volume et augmenté la longueur du port - ces deux actions réduiront non seulement considérablement la plage de fréquences reproductibles, mais surchargeront également sérieusement le haut-parleur. Il est nécessaire de faire preuve d'un maximum de prudence et d'attention avant d'apporter des modifications de cette nature.
Il est tout à fait possible, en faisant un changement, de le compenser par un autre. Par exemple, en augmentant le volume, réduire la longueur du port, etc. De tels changements peuvent à la fois conduire au résultat souhaité et compenser les conséquences indésirables.
Rappelles toi, toute modification est utile tant qu'elle ne cause pas de préjudice plus important. Il n'y a pas de tels changements qui ne donnent que des avantages et n'ont aucun inconvénient. Lorsque nous changeons le cas recommandé, vous êtes confronté à une question spécifique - quoi, dans quelle mesure et pour quoi vous êtes prêt à sacrifier.
Programmes de simulation informatique. Dans la nature, il existe un certain nombre de programmes capables de simuler le résultat d'un subwoofer en fonction de certains paramètres. Nous vous recommandons de vous familiariser avec ces programmes, pour une seule raison - ils contribuent à la compréhension du matériel présenté. Cependant, le résultat de la simulation ne doit en aucun cas être un guide d'action pour vous, car aucun programme ne prend aujourd'hui en compte ne serait-ce que la moitié des nuances qui affectent réellement le fonctionnement du subwoofer. Il est impossible de construire un subwoofer à partir de zéro à l'aide du programme, mais il est possible de comprendre comment tel ou tel changement dans l'enceinte affectera le caractère du son dans son ensemble. En d'autres termes, le programme n'aidera que lorsqu'il y a déjà quelque chose sur lequel construire et que certains changements doivent être apportés à un bâtiment déjà existant et fonctionnel.
Nous avons reçu les conseils initiaux, regardons maintenant des exemples concrets d'application des connaissances acquises ...
Exemple 1. Le grave médium a été placé dans une boîte ou une porte bien préparée, maintenant il fonctionne beaucoup plus bas et plus efficacement qu'auparavant, et la quantité naturelle de retard à l'extrémité inférieure de la gamme des graves médium a augmenté. Il s'avère que nous n'avons plus besoin d'une plage de fonctionnement de 20 à 80Hz, mais seulement de 20 à 60Hz. Nous savons que DD recherche et construit des enceintes pour reproduire efficacement les fréquences "de haut en bas", c'est-à-dire que DD sacrifie le bas afin d'accoupler correctement les médiums et le subwoofer et d'obtenir un son "solide". Nous augmentons le volume et voyons ce qui s'est passé - le subwoofer fonctionne maintenant plus efficacement et plus profondément, et l'augmentation du retard à la bordure supérieure n'a pas affecté le son, car. la différence entre le retard inférieur des médiums et le subwoofer n'a pas changé.
Exemple 2 Les basses moyennes de faible qualité ont été placées à un endroit régulier ... Dans de telles conditions, il existe un écart important entre le subwoofer et les basses moyennes, en conséquence, nous n'entendons tout simplement pas un certain nombre de fréquences, et le subwoofer joue «séparément de la musique". Pour obtenir un son naturel, il serait préférable de ne pas déplacer le problème "d'une tête malade à une tête saine" et de travailler avec le bas-médium. Mais si ce n'est pas possible (et ce n'est souvent pas possible pour diverses raisons), il existe un certain nombre de solutions :
Nous réduisons le volume du corps. En sacrifiant les basses fréquences, on obtient toujours un son "solide".
Nous réduisons la surface du port et réduisons la longueur du port. En sacrifiant l'efficacité, nous obtenons une gamme plus large de fréquences reproductibles.
Diminuez le volume et augmentez la longueur du port. Sacrifiant la "santé" de la dynamique, on élargit la gamme...
Exemple 3 Besoin de basses plus profondes et plus douces...
Nous réduisons la superficie du port. Au détriment de l'efficacité, on élargit la plage et on réduit la différence de volume entre les fréquences au centre de la plage, on réduit le retard de groupe, on obtient un grave précis, bas, agréable, mais moins criard...
Nous réduisons le volume, augmentons la longueur du port, réduisons la surface du port, à la suite de changements, le niveau de retard de groupe diminue avec l'efficacité, et la gamme s'élargit considérablement avec une baisse en douceur au-delà ...
Exemple 4 Je veux "presser" dans la compétition ...
Dans ce cas, nous réduisons le volume, augmentons la surface et la longueur du port, nous obtenons une augmentation de l'efficacité au centre de la plage et une forte baisse sur les bords, tandis que la plage elle-même se déplace vers le haut plus près de la fréquence de résonance de le corps. Ne convient pas à la musique, mais "presser" est déjà beaucoup plus amusant.
Exemple 5 Je veux beaucoup d'"infra" avec une "brise"...
Nous augmentons le volume, augmentons la surface du port. On décale la gamme au "bon" endroit et on augmente l'efficacité de la zone portuaire, bingo, sacrifiant tout au profit de l'efficacité aux fréquences les plus basses.
Nous augmentons le volume, augmentons la surface du port, augmentons la longueur du port. Le même résultat, mais dans des conditions où il n'y a pas assez de puissance et qu'il y a une "réserve" dans le système de refroidissement.
Exemple 6 Besoin d'obtenir des basses de la plus haute qualité...
Nous réduisons la superficie du port. On perd en efficacité, mais on obtient une portée plus large et on réduit le retard de groupe.
Nous réduisons la surface du port et réduisons le volume. On perd encore plus en efficacité, on élargit la gamme au maximum et on diminue sérieusement le retard de groupe....
Essayons! Le son obtenu est non standard et à l'aide de simples manipulations avec les paramètres de volume ou de port du boîtier, il correspond déjà à votre système ! Pour personnaliser la plupart des systèmes, cette connaissance est plus que suffisante. Cependant, une approche professionnelle implique des changements plus détaillés et plus précis.
Nous avons déjà expliqué la raison du changement, mais un professionnel a besoin de quelque chose de plus - ce sont des modes de fonctionnement mesurés et extrêmement précis dans lesquels il est possible de "tirer" le maximum d'avantages du subwoofer, un son de très haute qualité , niveau de volume extrêmement élevé, plage de fonctionnement extrêmement précise ... La réponse à toutes ces questions est la même - des tests et des expériences, que vous pourrez lire dans la section suivante.
Il existe également une troisième section "Section 3. Test professionnel de FI ...", elle peut être lue sur le site des auteurs de l'article
Le son au bout du tunnel
"Volodia, tu seras dans l'entrepôt - prends les ports pour les faziks ...".
(entendu dans l'un des studios d'installation de Moscou)
En général, dans le premier numéro d'une revue, le lecteur ne s'attend généralement pas à voir la suite d'une série d'articles. Mais tu vois, ça arrive. Quand Avtozvuk était encore petit et était assis sous l'aile du Salon AV, les deux premières parties de la trilogie des subwoofers ont été publiées - sur ce à quoi s'attendre des différents types de conception acoustique et comment choisir un haut-parleur pour une boîte fermée. ("Salon AV" n° 4 et 5 - 6, 1998).
Une partie importante de ceux qui, pensant à la vie, ont décidé de traiter l'armement de basse de leur voiture avec compréhension, cela, en principe, pourrait déjà être supprimé. Mais pas tout. Puisqu'il existe au moins un autre type de conception acoustique extrêmement populaire, qui n'est pas inférieur en prévalence à une boîte fermée. Un inverseur de phase dans la littérature domestique, bass-reflex, boîte portée, boîte ventilée - en anglais - tout cela, en fait, est une mise en œuvre technique solide de l'idée du résonateur Helmholtz. L'idée est simple : un volume fermé est relié à l'espace environnant par une ouverture contenant une masse d'air. C'est précisément l'existence de cette masse - cette même colonne d'air qui, selon Ostap Bender, exerce une pression sur tout travailleur et fait des merveilles lorsque le résonateur Helmholtz est engagé pour fonctionner dans le cadre d'un subwoofer. Ici, une chose délicate nommée d'après un physicien allemand acquiert le nom prosaïque de tunnel (en bourgeois - port ou évent). Comment fonctionne un inverseur de phase ? Pourquoi la présence d'un trou bien fait d'une certaine taille dans le boîtier du haut-parleur affecte-t-elle considérablement le travail de l'ensemble de l'ensemble ? Comme déjà mentionné au passage dans les parties précédentes de cette toile épique, le tunnel inverseur de phase sert à retarder l'onde sonore qui se produit à l'intérieur du caisson de haut-parleur pendant un temps strictement défini et à la libérer vers l'extérieur dans la même phase que le haut-parleur créé par le " face avant. Ici, à l'état sauvage, ils vont combiner leurs décibels et frapper les oreilles (avec le bon calcul) pour que cela ne leur semble pas suffisant. C'est pourquoi, en fait, ils adorent l'inverseur de phase - pour l'efficacité accrue par rapport à une boîte fermée. Mais pas seulement. La force brute n'est pas un argument si elle n'est pas soutenue par la fidélité du signal. Nous entendons ici une autre caractéristique beaucoup moins triviale de l'inverseur de phase - sa capacité à produire la pression acoustique requise avec une amplitude nettement plus faible des oscillations du diffuseur. Cela semble quelque peu paradoxal. Tout le monde sait que c'est la présence d'un volume fermé derrière le diffuseur qui retient les vibrations du diffuseur, alors pourquoi sont-elles soudainement plus petites dans un boitier "fuyant" ? Et à cause de la masse, comme on disait. C'est pourquoi le trou dans le boîtier de l'inverseur de phase est fait comme un tunnel assez long - un tuyau, en d'autres termes, pour garder une masse d'air à l'intérieur. A des fréquences relativement élevées, supérieures à 200 Hz, l'inertie de la masse d'air dans le tunnel le rend totalement opaque acoustiquement. C'est comme si c'était complètement bloqué.
Plus basse en fréquence, le sas dans le tunnel commence à prendre vie et à bouger, alors que la pression pulsant à l'intérieur de la boîte la pousse par derrière. L'inertie de la masse d'air conduit au fait qu'elle ne se déplace pas dans le temps avec l'onde qui agit sur elle, mais avec un certain décalage. Il atteint 180 degrés en phase, c'est-à-dire qu'il commence à être déphasé avec l'onde sonore émanant de l'arrière du diffuseur à une certaine fréquence, appelée fréquence d'accord bass-reflex.
Ici, presque tous les efforts de l'enceinte vont au balancement de la masse d'air intractable à l'intérieur du tunnel, de sorte qu'il ne reste presque plus rien pour les oscillations naturelles, et l'amplitude de l'oscillation du diffuseur est minimale. (Et le son arrive, et quel son ! C'est juste qu'à cette fréquence, presque tout sort du tunnel). Et comme ce sont les grandes amplitudes des oscillations du cône qui donnent lieu à des distorsions perceptibles à l'oreille, la situation, au niveau sonore, est la plus favorable. Encore plus faible en fréquence, les cas, cependant, commencent à changer pour le pire. Pour les oscillations très lentes à basse fréquence, la masse d'air dans le tunnel n'est plus une inertie, et l'arrière du diffuseur la pompe d'avant en arrière comme une pompe.
Dans ce cas, une situation se présente, comme si le haut-parleur n'était pas du tout installé dans le boîtier, c'est-à-dire que les ondes de l'arrière du diffuseur et de l'avant se rencontrent en antiphase et se mangent largement, comme dans un normal court-circuit acoustique. Par conséquent, en dessous de la fréquence d'accord, la sortie de l'inverseur de phase chute deux fois plus vite que celle d'une boîte fermée. Pire, cependant, c'est autre chose - le diffuseur ne ralentit plus rien, et l'amplitude de ses oscillations à très basses fréquences commence à croître simplement de manière catastrophique. Les filtres subsoniques que l'on trouve sur certains crossovers et amplificateurs, généralement pur-sang, sont conçus presque exclusivement pour contrer ce mauvaise habitude inverseurs de phase. Alors, qu'obtiendrons-nous exactement en choisissant un inverseur de phase comme conception acoustique pour notre projet ? Je tiens à vous avertir tout de suite: le calcul d'un inverseur de phase sans programmes informatiques destinés à cela est possible, et il existe des formules de calcul et des nomogrammes pour cela. Pourtant, au seuil du troisième millénaire, je ne puis qualifier de telles méthodes autrement que de masochisme. Oui, et j'ai promis de ne pas laisser les formules sur les pages de ce magazine, et jusqu'à présent je tiens le coup. Donc pour ceux que ça intéresse, à la fin de l'article je mets l'adresse sur le WWW, où il y a une sélection annotée de programmes éprouvés plus ou moins complexes et perfectionnés. Voici une image qui explique (presque) tout. Nous avons pris un haut-parleur de 10 pouces, qui convient à une installation dans un inverseur de phase, et simulé les caractéristiques qui seraient obtenues lorsqu'il était installé dans un inverseur de phase optimal pour celui-ci (20 l, accordé à 42 Hz) et une boîte fermée du même volume.
La partie supérieure des deux courbes noires, bien sûr, est la nôtre. Par rapport à un caisson fermé, sur toute la bande de fréquence inférieure à 150 Hz environ, le rendement est nettement supérieur. Que veut dire "essentiellement" ? Regardez : à une fréquence de, disons, 60 Hz, la différence est d'environ 4 dB. Et cela équivaut à augmenter la puissance de l'amplificateur de 2,5 fois. Autrement dit, avec un modeste amplificateur de 100 watts, un tel sous-marin jouera comme si 250 watts y étaient connectés. Pour le même prix. Mais d'après les courbes rouges illustrant la dépendance de l'amplitude des oscillations du diffuseur sur la fréquence, la nôtre est la plus basse. Juste là où c'est concentré la plupart de l'énergie des graves est inférieure à 100 Hz, l'amplitude commence à chuter et reste bien inférieure à celle d'un caisson fermé, bien que la pression acoustique générée soit le double ! Dans une boîte fermée, l'amplitude d'oscillation augmente régulièrement et, lorsque la puissance spécifiée comme maximale est appliquée, elle dépasse déjà la plage de fonctionnement (ligne pointillée rouge) à 70 Hz, et en dessous, c'est généralement un désastre. C'est là que ces râles familiers accompagnant les notes de basse seront générés. Au niveau de l'inverseur de phase, la grâce avec les amplitudes se poursuit jusqu'à environ 30 Hz, et là, l'amplitude commence à croître inlassablement. Cependant, il n'y a déjà presque pas de son, il est donc logique «d'étrangler» cette partie du spectre avec un filtre de sous-tons (le cas échéant) et de profiter d'une efficacité d'impact avec un minimum de distorsion dans la plage véritablement audio. "Super!" - un lecteur impatient et affamé de décibels s'exclamera, claquera le magazine et se mettra immédiatement à boucher les trous de son propre subwoofer. Camarade, arrête ! Voyez ce qui peut arriver ensuite. Laissez, en laissant tout inchangé, nous sortons l'ancien haut-parleur de notre boîte de 20 litres et en installons un autre - conçu pour fonctionner dans un boîtier fermé.
Sa caractéristique dans une boîte native fermée pour lui (en bas sur le graphique) était très agréable. Et après avoir été converti en inverseur de phase, il deviendra comme celui du haut, c'est-à-dire qu'il donnera une "claque" prononcée entre 50 et 100 Hz. C'est à la suite de la création de telles combinaisons que les onduleurs de phase ont reçu à un moment donné le surnom offensant de boom-box («booze»), utilisé plus tard, cette fois à juste titre, pour une sorte de radio portable. Quelle était la différence entre les deux enceintes ? Dans deux paramètres qui devraient être dans une certaine harmonie pour une conception acoustique donnée, sinon - laissez de l'espoir à tous ceux qui sonnent ici, pour ainsi dire. Ces paramètres sont la fréquence de résonance Fs et le facteur de qualité total Qts. Pour un haut-parleur "fermé", ils étaient Fs = 25 Hz, Qts = 0,4. Et le "inverseur de phase" - 30 Hz et 0,3. Il semble que la différence ne soit pas si grande, mais les résultats sont significativement différents. Le paramètre de bande passante énergétique Fs / Qts inventé à un moment donné montre immédiatement qui est qui: sa valeur pour le premier locuteur est de 62,5 et pour le second - 100. La règle est simple: si Fs / Qts est sensiblement inférieur à 100, oubliez le mot "inverseur de phase" . Si proche ou plus - rappelez-vous à nouveau et oubliez la boîte fermée. Dans la région de 90 - 100 - "zone crépusculaire", où, avec certaines concessions, vous pouvez utiliser l'un et l'autre. Mais que se passera-t-il si vous insistez vous-même et poussez l'enceinte dans un design inhabituel ? Essayons, puisque le drame se déroule sur papier et sur écran d'ordinateur, c'est-à-dire « avec peu de sang, en territoire étranger ». Pour commencer, nous plaçons le «haut-parleur inverseur de phase» dans une boîte fermée et essayons de varier avec le seul paramètre dont nous disposons - le volume de cette boîte.
Il y a trois courbes sur le graphique. Le plus plat - le résultat de l'installation dans une boîte d'un volume de 50 litres, le plus raide tombant en dessous de 100 Hz - avec un volume de boîte de 10 litres. Et au milieu - notre caractéristique originale dans un volume de 20 litres. Nous voyons: le volume passe d'un volume indécemment petit à un volume irréalisable, mais il n'y a pas de bonne caractéristique - il commence soit à s'atténuer trop tôt, soit à s'atténuer trop rapidement. Le haut-parleur, né pour une enceinte fermée, comme on peut le voir sur le graphique suivant, a la possibilité soit d'atteindre l'optimum (courbe médiane), soit de "couper" le volume, tout en recevant une caractéristique de "bourdonnement" assez perceptible (le courbe supérieure, construit dans un volume de 10 l).
Et vice versa? Est-il possible, lors de l'installation d'un haut-parleur « fermé » dans un inverseur de phase, de le régler de manière à obtenir une réponse en fréquence plate ? Théoriquement - oui, l'avantage d'un inverseur de phase est qu'avec un volume constant, il est possible de régler la fréquence en modifiant le diamètre et la longueur du tunnel (en pratique - toujours la longueur, bien sûr). Nous commençons l'expérience avec la courbe supérieure, absolument terrible (volume 20 l, fréquence d'accord 50 Hz) et, reconstruisant progressivement l'inverseur de phase, du coup à une fréquence d'accord de 20 Hz, nous remarquons que nous sommes arrivés à une très belle courbe (inférieur sur le graphique).
Opanki, calculons maintenant quel tunnel est nécessaire pour cela - et c'est parti ! Après une demi-seconde de temps informatique, nous obtenons les données selon lesquelles pour régler un volume de 20 litres à une fréquence de 20 Hz, vous avez besoin d'un tunnel d'un diamètre de 75 mm et d'une longueur de 1 m 65 cm. , grandissant avec une dame miniature, et non avec un détail de subwoofer compact. Mais d'un autre côté, une enceinte "inverseur de phase" permettra avec un minimum de tracas (push in - push the pipe) de reconstituer la fréquence pas pire qu'un égaliseur. Le graphique montre les résultats de ces activités dans la plage de fréquences de réglage du tunnel de 35 à 52 Hz, ce qui nécessitait une longueur de tunnel de 190 à 400 mm - Dieu ne sait quoi, même à la valeur la plus élevée.
Dans la prochaine partie de la saga du subwoofer (bien sûr, pas la dernière - le sujet est sans limites, et Dieu est miséricordieux et, peut-être, prolongera les années de l'auteur), nous aborderons directement la question de la mise en œuvre pratique de notre plans - pour ceux qui veulent le faire eux-mêmes, ou pour ceux qui veulent pouvoir distinguer le travail d'un installateur compétent des tentatives d'un hack ignorant. D'accord, même en taxi, il est utile de savoir que le chemin de Sokolniki à Izmailovo passe en quelque sorte loin de Chertanovo .... Pour ceux qui ont accès à Internet, comme promis, les coordonnées de la colonie de calcul du subwoofer programmes. Cherchez sous la rubrique "Ressources d'information" et, je vous en donne ma parole, vous la trouverez.
Rendez-vous dans la gamme des basses...