Спиральная труба — мощная звуковая колонка | поделки и самоделки bogorod-stroy.ru

Содержание

1 Этап проектирования
2 Тест-драйв
3 Сборка
4 Результаты
5 Выводы
6 Окончательное решение

До недавнего я довольно много читал в интернете о «спиральных рогах», и решил, что мог бы сам проверить это устройство, сделав «доказательство задумки»:

Убедиться, соответствует ли фактический результат симуляциям.
И действительно таки результат стоит того.

Итак, загрузив копию HornResp (приложение, которое, по-видимому, является лучшей утилитой, доступной онлайн для проектирования колонок) и пытаясь выполнить различные настройки, используя запасной динамик, который был под рукой, я пришел к окончательному решению, известному как «спиральная труба».

Сначала, несколько определений, которые помогут немного прояснить ситуацию…

«Спиральный рог» — это, в основном рог, который физически состоит из динамика, установленного в верхней части на выходе, а не в горле, как это обычно бывает. Достоинствами такой конфигурации являются повышенная чувствительность на низах (намного меньшая зависимость от размера рта) и меньшая коробка по сравнению с истинным рогом того же частотного диапазона. Недостатком спирального рупора является более низкая чувствительность и мощность по сравнению с истинным рогом того же частотного диапазона из-за увеличенного дребезга динамика в полосе пропускания.

«Спиральная труба» — это, в основном спиральный рог, у которого поперечное сечение канала остается постоянным от горла до рта. Одним из первых примеров использования трубы является «Jensen Transflex», информацию о которой можно найти в любом месте Интернета. Закрученные трубы немного проще в сборке, чем рога, из-за одинакового поперечного сечения, но возможность «подогнать» отзывчивость за счет изменения поперечного сечения теряется.

Этап проектирования

Поскольку это будет «доказательством задумки» и, скорее всего, пойдет в кучу отходов, я решил использовать один из динамиков, который валялся дома, а не покупать конкретный динамик для проекта. Целью процесса проектирования является приведение в действие спиральной трубы, максимально расширяющей нижний частотный диапазон, при этом максимально возможная верхняя частота должна быть как можно выше 80 Гц. Также учитываются кривизна и размеры ящика — мы не хотим, чтобы у нас в итоге получилась коробка на 340 литров с мощностью в 0.5 Вт!

Тест-драйв

Свободный динамик, который я использовал для своего исследования, является одним из фирменных устройств Pyramid W61, что остался после использования в моем 4-полосном низкочастотном сабвуфере «El Uglito». Я измерил параметры с помощью своего WT3 и пришел к следующему:

Vas	24.6 литров(0.87 кв. фунта)
Qes	0.64
Qts	0.51
Fs	53.5 Hz
Le	0.19 mH
Re	3.55 Ohms
Sd	129.84 см²
Cms	*1.0210^-3**
Mmd	7.82 g
BL	4.02 Tm
Xmax	3 mm (почти)

Поиграв в HornResp какое-то время, я дошел до спиральной трубы со следующими характеристиками:

S1 = S2 = S3 = S4 = 290 см² (поперечное сечение трубы)

L12 = L34 = 11 см (расстояние от динамика до рта рога/горла)

L23 = 177 см (длина рога, без учета L12 и L34)

Общая длина трубы составляет 177 + 11 + 11 = 199 см. Чтобы преобразовать все в реальный ящик, я разделил общую длину на четыре, затем решил, какие размеры будут иметь поперечное сечение 290 см² для каждого отделения (здесь я сделал свою первую ошибку — этот подход фактически приводит к постройке трубы, длина которой будет меньше проектной, поскольку не учитывается влияние соединений в 180 градусов в конце каждого отдела).

В HornResp предполагается, что частотная характеристика такой спиральной трубы будет выглядеть следующим образом:

График дает предположение, что частотная характеристика будет по существу неизменной между 43 Гц (длина трубы равна 1/43 длины волны этой частоты) и чуть выше 100 Гц. Небольшой пик на частоте 135 Гц сопровождается огромным провалом, но все это происходит значительно выше 80 Гц — обычно верхней частотной границе для бас-динамика или сабвуфера. «Мусор» свыше 200 Гц в принципе может быть проигнорирован — я уверен, что стыки спиральной трубы окажут радикальное влияние на частотную характеристику до этого момента.

После сборки размер коробки достигает примерно 68 литров, что довольно много для одного 6,5-дюймового динамика. С другой стороны, в этом ящике должно быть много места для установки динамика без чрезмерного уменьшения поперечного сечения трубы.

Сборка

Следующие фотографии отображают этапы строительства моего «доказательства задумки».

Все панели вырезаны и готовы к сборке. Для изготовления этих панелей потребовалось около половины листа 1200 x 2400 мм, толщиной 19 мм.

Складываем первые две панели вместе. Я начал с лицевой панели (лежит лицом вниз, а сверху одна из внутренних панелей).

Прикрепляем третью панель. Это та самая, которая в конечном итоге будет держать динамик.

Прикрепляем четвертую панель (которая идентична второй панели). Путь, который воздух проделывает за стенкой, должен быть идентичен наружному, что ясно из этих двух фотографий.

Прикрепляем нижнюю часть.

Крепим заднюю панель.

Крепим одну из боковых панелей и верхнюю часть. Теперь внутренняя структура трубы просматривается довольно четко.

Закрываем ящик. Вместо того, чтобы на всегда запечатать коробку, я решил применить соединение саморезами и проложил тонкую полоску уплотнительной ленты для обеспечения герметичности уплотнения. Что позволит разобрать ящик в будущем, если я захочу добавить какую-либо начинку или иным образом изменить параметры колонки.

Эта фотография должна дать хорошее представление о размере готовой коробки. Здесь спиральная труба находиться рядом с моим сабвуфером ACI SV10. Довольно большая коробка для 6.5-дюймового динамика. По сравнению с колонкой прямого действия, размер, безусловно, не является одним из преимуществ спиральной трубы. В наши дни большой динамик и дешевый усилитель, возможно, легче и лучше поставить в колонку прямого сглаживания для домашнего кинотеатра, если нет особых причин, из-за которых вы захотите попробовать одну из высокоэффективных колонок, например, спиральную трубу, а также есть свободное пространство (или одобрение вашего супруга на его использование).

Результаты

Ниже приведены измеренные результаты, при этом труба не зашумлена.

Выше приведен измеренный частотный отклик неотлаженной системы без обивки демпфирующим материалом. Поскольку я управляю спиральной трубой, используя канал сабвуфера на моем усилителе, звуковое давление также включает эффекты активного фильтра низких частот 12 дБ, 100 Гц. Зеленым цветом представлено теоретическое звуковое давление, предсказанное HornResp. Поскольку я получил трубу неправильной длины, есть удар при 53 Гц, которого нет в расчетах HornResp. Позже я обнаружил небольшой пропуск вокруг динамика, который мог объяснить странный провал и скачок чуть ниже 20 Гц. В противоположность этому, имеется довольно хорошая корреляция свыше 100 Гц, особенно учитывая влияние фильтра низких частот 100 Гц. Из измеренных результатов видно, что HornResp дал неплохое предсказание частотной характеристики системы с хорошей корреляцией до ~ 300 Гц.

Выше приведен отклик импеданса системы. Зеленая полоса — это отклик, предсказанный HornResp. Опять же, подозреваю, что оно немного отличается, потому что я неправильно понял расчет длины трубы, а ещё небольшой пропуск мог привести к тому, что пики низких частот являются немного меньшими, чем ожидалось. Интересно отметить, что, не смотря на отклонение первой волны, пики остальной части импедансного отклика очень близки по частоте, хотя амплитуда заметно занижена (вероятно, из-за потерь).

Ниже приведены результаты измерений, на этот раз первые два участка трубы частично набиты полиэстерным волокном.

Выше приведенный измеренный частотный отклик системы, как сказано выше, является зашумленным. Хотя поведение самых низких частот осталось приблизительно таким же, верхняя часть характеристики существенно изменилась. Пика и провал между 120 и 200 Гц полностью исчезли. Опять же, поскольку я управляю подключенной трубой, используя канал сабвуфера моего усилителя, отклик также учитывает эффекты активного фильтра низких частот 12 дБ, 100 Гц. Тем не менее, звуковое давление свыше 100 Гц более плавное судя по характеристике, чем отклик незашумленной трубы. Звучит лучше!

Выше представлена частотная характеристика зашумленной системы по сравнению с пустой трубой. Сглаживание верхней части характеристики легко прослеживается здесь. И похоже, что на этот раз я правильно посадил динамик — реакция на нижнем крае заметно улучшилась.

Выше приведен отклик импеданса зашумленной системы. Пики и провалы теперь немного ниже, чем предположения HornResp (зеленая линия), а их величины значительно отличаются — этого следовало ожидать, поскольку набивка вызывает затухание.

На приведенном выше графике сравнивается импедансный отклик зашумленной системы (красная линия) и пустой трубы (синяя линия). Пики и провалы как видно сместились немного вниз. Это говорит о том, что резонансные частоты системы были смещены вниз после добавления набивки.

Выводы

Нужно быть более осторожным при вычислении общей длины трубы в следующий раз. Похоже, я отклонился на несколько сантиметров, основываясь на импедансной и частотной характеристике незашумленной системы, которая показывает рельеф возле 50 Гц, а не гладкую и плоскую полосу пропускания от 40 Гц. Импедансный отклик также кажется сдвинутым немного вверх на самых низких частотах.

Даже не думайте делать что-то подобное, если вы собираетесь использовать фильтр низких частот 24 дБ в полосе пропускания или планируете повлиять на звуковое давление вне диапазона другим способом. Внеполосной «хеш» действительно украшает звук этого сабвуфера.

Набивку следует рассматривать как обязательную часть этого проекта. Набивка оказывает существенное влияние на частотах свыше 100 Гц, сглаживая звуковое давление. Уплотнения только половины трубы достаточно, чтобы ощутить значительную разницу.

При использовании колонки такого типа наблюдается заметное увеличение выходной мощности на низких частотах. Звуковое давление изо рта спиральной трубы ощущается рукой, чего сам по себе маленький 6.5-дюймовый динамик сделать не может. Это впечатляет, но выходная мощность ограничена возможностями динамика.
Похоже, HornResp неплохо предсказывает частотную характеристику трубы, особенно в полосе пропускания. За полосой пропускания отклик начинает отличаться, но это, скорее всего, связано с эффектом смятия при работе системы.

Из некоторых импровизированных тестов прослушивания, зашумленная труба, после набивки, имеет легкий и неограниченный звук, вплоть до пределов динамика. Кроме того, бывает не просто определить пределы динамика.

Хотя размеры трубы малы по сравнению с рогом аналогичного частотного диапазона, но она по-прежнему является большой в сравнении с простой герметичной или вентилируемой колонкой с тем же динамиком. Внутренний объем моей коробки «доказательства задумки» составляет около 68 литров — чего достаточно для установки 10-дюймового динамика с хорошей вентиляцией, обеспечивающей лучшую производительность и более низкую отсечку. Этот 10-дюймовый динамик, скорее всего, потребует намного большей мощности и успокоения, так что, вряд ли будет способен на 92 dB / 1W / 1M при 50 Гц.

Из проведенной работы и результатов видно, что лучшим динамиком для спиральной трубы может быть один со следующими характеристиками:

Fs = 45-55 Гц: для спиральной трубы или рога характеристика Fc, определяющая длину канала, склонна быть где-то около 0.7 * Fs. Если вы выберете динамик с низким Fs, то длинный рог может оказаться непрактичным.
Qts = 0,45 ~ 0,55: Q динамика определяет ширину частот, но, похоже, трудно получить гладкую полосу пропускания, когда Q намного больше 0,5.
Средний Vas: если Vas слишком низкий, поперечное сечение трубы становится слишком маленьким, остается мало места для установки динамика. Конечно, если Vas слишком высокий, коробка получится очень большой.

Окончательное решение

Динамик Dayton 8-дюймовый II серии является точно не лучшей заменой тестового динамика с точки зрения параметров, влияющих на частотные характеристики спиральной трубы, но он теоретически способен значительно увеличить уровень звукового давления (SPL) за счет больших Sd и Xmax.

Автор: Виталий Петрович, Украина Лисичанск.