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.
1. Выберите динамик
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
Порт
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
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:
Варианты оформления
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)«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.
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→∞) | Формула | Численный движок | Расхождение |
|---|---|---|---|
| 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 формула | Численный движок | Расхождение |
|---|---|---|---|
| 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 Гельмгольца | Численно (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 Гельмгольца | Численно (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.
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.