Логотип
Логотип

Расчет акустического оформления

Подберите оформление для вашего динамика. Рассчитайте корпус и порт, сравните варианты и оцените звучание по графикам.

Разработчик расчётного ядра
Мильков Н.Н.

01 Выберите модель динамика02 Задайте объём и параметры порта03 Оцените графики и закажите динамик

1. Выберите динамик

К результатам расчёта ↓
Своя модель и сохранение

Выберите модель — паспортные параметры динамика загрузятся из каталога. Объём ящика (Vb), частоту настройки (Fb) и размеры порта задайте самостоятельно. Графики появятся после заполнения параметров выбранного оформления.

2. Настройте корпус

Объём ящика

л
—

Порт

шт
Гц
мм
× мм
мм²
мм
мм
—

Переменное сечение: горловина — не отрезок трубы, а одна точка минимального сечения ровно посередине порта; от неё дуга постоянного радиуса R (программа вычисляет его сама из Sp_горло, Sp_устье и половины Lv) плавно расширяется к устью на каждом из двух концов. Масса Map такого перехода считается интегрированием по длине (метод Симпсона), а не по формуле «длина/площадь» — она годится только для постоянного сечения. Скорость в узком месте (горловине) и в широком месте (устье) показаны на отдельных графиках ниже, каждый — со своим порогом турбулентности.

Параметры выбранного динамика

Гц
—
л
мм/Н
г
кг/с
мм
см²
мм
мм
л
—
Ом
Ом
мГн
Тл·м
Вт
Вт
—
%
дБ
дБ

SPL здесь — паспортная чувствительность самого динамика (по 2π, полупространство), не зависящая от ящика. Это не то же самое, что «SPL … на полке АЧХ» в панели «Результат» справа — там уже полная кривая с учётом Re, Le, ящика и потерь Ql, при выбранных условиях акустической нагрузки (по умолчанию тоже 2π, полупространство; меняется в панели «Тип оформления»).

Почему Mms вводится вручную, если её можно вывести: классическая связь Qes = 2π·Fs·Mms·Re / BL² действительно связывает пять величин — любые четыре определяют пятую, и Mms формально лишняя. Но на практике Mms и BL — это две отдельно измеренные производителем величины (Mms — взвешиванием диффузора с катушкой и клеем, BL — по магнитной цепи или методом доп. массы), а Qes/Fs чаще всего измеряются третьим, независимым способом — импедансным свипом. Три независимых измерения одной физики почти никогда не сходятся идеально, и это не ошибка, а способ проверить, насколько паспорт вообще самосогласован:

Mms из паспорта
—
введено вами
Mms по Qes,Re,BL,Fs
—
—
Варианты оформления
— не выбран —

Вариант оформления — это тип ящика, объём, потери, набивка и все параметры порта (не сами параметры динамика). Привязан к тому динамику, который сейчас загружен/сохранён слева: сначала выберите динамик там, затем здесь можно сохранить или выбрать один из его вариантов оформления.

Сравнение вариантов i

Слоты не сохраняются между открытиями страницы — это временный рабочий набор. Чтобы вернуться к сравнению позже, сохраните нужные варианты в библиотеке слева (или как проект — см. кнопки сохранения ниже).

Проект и библиотека — файлы i Текущий проект (динамик + вариант оформления — то, что сейчас в форме)
Вся библиотека (все динамики со всеми их вариантами)

«Текущий проект» сохраняет ровно то, что сейчас в форме (динамик + ящик/порт), не требуя предварительного сохранения в библиотеку. «Импорт библиотеки» добавляет динамиков из файла в уже имеющуюся библиотеку — динамик с таким же именем, как в файле, будет заменён вместе со всеми его вариантами оформления; остальные динамики в библиотеке не затрагиваются.

3. Результат

Ваше оформление начинается здесь

Выберите динамик и задайте параметры корпуса, чтобы увидеть результаты.

Fc
—
резонанс системы
Qtc (с учётом Ql)
—
—
Fb (настройка порта)
—
—
Скорость воздушного потока в порту, пик
—
—
F3
—
−3 дБ от полки
SPL, 2.83В/1м
—
на полке АЧХ
Ход, пик
—
пик
Макс. SPL (Xmax/Pe)
—
без превышения ни на одной частоте
Вт

Курсор на любом из графиков ниже — тащите мышью, чтобы читать значения на выбранной частоте сразу на всех графиках.

АЧХ (SPL) — на 2.83 В и на заданной мощности

Сплошная — на опорных 2.83 В/1м. Пунктир — АЧХ без потерь (Ql→∞), для сравнения. Точечная линия — максимально достижимый SPL на каждой частоте без превышения Xmax или Pe. Штрихпунктир — SPL на заданной выше мощности (сетка через 6 дБ).

Электрический импеданс — модуль |Ze(f)|

Фаза акустического отклика (SPL)

Развёрнутая (без скачков ±360°) фаза звукового давления — в отличие от фазы импеданса (та математически не выходит за ±90°), эта величина реально накапливает много градусов лага от порта, массы диффузора и Le, поэтому шкала повторяет ±180/90/0/-90 через несколько витков.

Ход диффузора x(f) — на заданной мощности

Жёлтая пунктирная линия — Xmax (порог слышимых искажений); красная — Xmech (порог механического повреждения), если указан. Кривая пересчитана на мощность из поля выше.

Скорость воздушного потока в порту — узкое место (горловина), на заданной мощности

Пунктирные линии — пороги 13 м/с (заметный шум) и 16 м/с (турбулентность, чуффинг). Кривая пересчитана на мощность из поля выше.

Групповая задержка

От заданной мощности не зависит — в линейной модели это чисто фазовая величина (задержка не меняется с уровнем громкости).

Проверка метода — численный расчёт против формулы

Величина (ящик без потерь, Ql→∞)ФормулаЧисленный движокРасхождение
Fc, Гц———
Qtc———
F3, Гц———

Почему без Ql: это единственная пара, которую можно сравнить честно, без порочного круга. Ql в схеме — настоящий резистор Rab = Ql/(ωc·Cab), включённый параллельно ёмкости ящика Cab (физическая утечка), а не число, подобранное под желаемый ответ. Fc сверяется по прямому смыслу резонанса (частота, на которой мнимая часть Zat, посчитанной движком, обнуляется) — это проверка, что комплексная арифметика в коде действительно даёт то, что заложено в Mas/Cat, а не независимая физика, поэтому и совпадение точное. А вот Qtc и F3 находятся по-настоящему независимо — по форме уже готовой АЧХ (проходящей через Re, Le, BL, Sd и формулу излучения целиком): Qtc — из глубины провала на f=Fc (20·log₁₀Qtc), F3 — по пересечению уровня «полка−3дБ». Важная оговорка: формула Qtc=Qts·√(1+Vas/Vb) — чисто механо-акустическая, она вообще не знает про Le. Численный движок же считает полную электро-механо-акустическую цепь, и Le реально меняет форму АЧХ (у катушек с большой индуктивностью — уже в области «полки»). Поэтому для динамика с малой Le (как в примере по умолчанию) числа совпадают до долей процента, а для динамика с заметной Le (как у вашего 18″ B184A40T-8, Le≈3.5 мГн) расхождение может быть куда больше — это не ошибка счёта, а честный ответ на вопрос «что покажет реальная АЧХ» вместо приближённой формулы.

Величина (с учётом Ql — реальный резистор Rab)Приближённая формулаЧисленный движокРасхождение
Fc, Гц———
Qtc———
F3, Гц———

Это уже не тождество, а сравнение с прибором. Столбец «формула» — это стандартное инженерное приближение (тот же Fc0, что и без потерь, плюс 1/Qtc=1/Qид+1/Ql) — так исторически считают по классическим инженерным формулам. Столбец «численный движок» вместо этого решает полную схему с настоящим резистором Rab=Ql/(ωc·Cab) параллельно Cab. Резистор не просто гасит резонанс — он ещё и снимает часть упругости ящика (при малом Ql через него утекает больше тока, чем через Cab), поэтому резонанс при заметных потерях реально смещается вниз: в пределе Ql→0 резистор закорачивает ящик полностью, и система стремится к параметрам динамика в свободном воздухе (Fc→Fs, Qtc→Qts). Это настоящая акустика, а не ошибка счёта — но именно поэтому при плотной набивке (малое Ql) расхождение с приближённой формулой может быть заметным, и карточки результата вверху показывают численное (более точное) значение.

Fb (ящик+порт без потерь)Формула ГельмгольцаЧисленно (Im Zbox=0)Расхождение
Fb, Гц———

Что проверяет эта пара: Fb по формуле — Гельмгольца в общем виде, 1/(2π√(Map·Cab)), без единого числа из полной схемы (для постоянного сечения Map=ρ·Lv_эфф/Sp; для переменного сечения — тот же Map, но из численного интеграла профиля, см. примечание в панели порта). «Численно» — движок ищет частоту, на которой обнуляется мнимая часть Zbox = 1/(Yящик+Yпорт) для схемы БЕЗ потерь (Ql→∞, Qp→∞) — по определению это и есть параллельный резонанс объёма и порта. Как и аналогичная проверка Fc в закрытом ящике, это в основном проверка, что комплексная арифметика в коде верно реализует Map/Cab, а не независимая физика — поэтому совпадение точное.

Fb — независимая проверка (полная схема, с Ql/Qp)Формула ГельмгольцаЧисленно (провал |Ze(f)|)Расхождение
Fb, Гц———

А это уже по-настоящему независимая проверка: на частоте настройки порта диффузор почти не двигается (весь расход воздуха уходит через порт), поэтому электрический импеданс |Ze(f)| проваливается почти до Re между двух горбов — классическая, хорошо известная особенность фазоинвертора. Провал найден прямо на полной кривой импеданса (через Re, Le, BL, Sd, Ras, Ql, Qp — весь сигнальный тракт), независимо от формулы Гельмгольца выше. Совпадение здесь — содержательная проверка метода, а не тождество.

Наклон АЧХ на НЧ
—
ожидается ≈ 24 дБ/окт (4-й порядок)

Ориентировочная проверка «на глаз»: считается как (SPL на более высокой из двух низких частот − SPL на более низкой)/октаву, поэтому число положительное — это скорость, с которой АЧХ нарастает, если идти от самых низких частот вверх к полке (то же самое, что обычно называют «скатом −24 дБ/окт», если идти в обратную сторону, от полки вниз). У закрытого ящика этот подъём — 2-го порядка (12 дБ/окт), у фазоинвертора — 4-го (24 дБ/окт), это самый известный факт про эту топологию. Меряется по двум точкам глубоко на НЧ склоне — при низких Fs/Fb число может быть заметно меньше 24, это не ошибка, а следствие того, что 10 Гц ещё недостаточно далеко от резонансов для точного асимптотического значения.