Создание акустики своими руками
Процесс создания акустической системы своими руками (далее АС) можно подразделить на несколько основных этапов:
- Выбор состава динамиков, исходя из требований, предъявляемых к АС,
- Расчёт акустического оформления,
- Разработка конструкции и изготовление корпуса АС,
- Расчёт и изготовление разделительного фильтра,
- Отладка.
Приступая к конструированию АС, необходимо сформулировать требования, предъявляемые к ней:
- Назначение и условия эксплуатации,
- Необходимый уровень звукового давления,
- Воспроизводимый диапазон частот,
- Вариант исполнения (со встроенным усилителем или без усилителя),
- Габариты и допустимый вес.
Также необходимо определиться с типом конструкции:
- Тип акустического оформления,
- Количество полос,
- Конструктивные особенности и дизайн.
На основании этих сведений можно приступать к выбору динамиков и других компонентов системы, производить расчёт акустического оформления и фильтров.
Критерии выбора динамиков подробно рассматривались здесь. Расчёту фильтров для АС на нашем сайте так же посвящена отдельная статья. В данной же статье мы рассмотрим вопросы расчета и изготовления акустического оформления для АС.
Итак, после выбора динамиков производят расчёт акустического оформления, а затем приступают к разработке конструкции корпуса.
Расчёт акустического оформления
Напомним, что излучение АС в области НЧ определяется совместной работой НЧ динамика и акустического оформления. Акустическое оформление бывает нескольких типов: открытого, закрытого и фазоинверсного. В статье упор сделан на фазоинверсные системы, поскольку при условии правильного расчёта, они имеют максимальную эффективность излучения НЧ, благодаря чему получили широкое распространение среди систем, предназначенных для профессионального озвучивания.
Расчёт акустического оформления фазоинверсного типа производится по методике, предложенной инженерами Тилем и Смоллом. Согласно этой методике, АС представляет собой фильтр верхних частот.
Задача расчета АО сводится к определению необходимого внутреннего объёма и частоты настройки фазоинвертора, оптимальные для данного НЧ динамика. Критерии расчёта могут быть различными и зависят, прежде всего, от назначения АС. Системы, предназначенные для озвучивания мероприятий, как правило, должны иметь максимальную эффективность излучения в области НЧ. При этом субъективное ощущение «низов» должно сохраняться по мере добавления мощности. Частоту настройки фазоинвертора для таких АС выбирают обычно порядка 40-50 Гц. К примеру, такие системы с успехом применяются для озвучивания танцполов, где в большей степени нужен удар, чем субниз.
Современные методы расчёта АС подразумевают проведение компьютерного моделирования в специальных программах. Такой подход позволяет оптимизировать АС не только по амплитудно-частотной характеристике звукового давления, но и по целому ряду других параметров. Одной из таких программ является BassBox 6 Pro. Данная программа позволяет произвести комплексный расчёт характеристик АС, представляющей собой НЧ динамик в акустическом оформлении. Методика расчета позволяет найти компромисс между различными требованиями, предъявляемыми к АС, используя метод последовательных приближений.
Рассмотрим основные приёмы работы в программе BassBox:
Вход в программу осуществляется двойным щелчком мыши по соответствующему ярлыку на рабочем столе.
В окне выбора варианта работы (рис.1) выбираем OpenDesignWindow (Открыть проект).
На рис.2 показано главное окно программы.
Программа BassBox позволяет производить работу сразу с несколькими АС, производить их сравнение между собой по различным характеристикам. Данные на каждую АС сохраняются в отельной вкладке, которая называется Design. Проектирование Новой АС начинается с создания новой вкладки, нажав File->NewDesign.
Нажатие кнопки Driver на вкладке Design приводит к открытию окна параметров динамика (рис.3). В нём содержатся все сведения, относящиеся к конкретной модели динамика.
Данные можно занести вручную, но лучше загрузить требуемую модель динамика из базы.
Программа BassBox 6 Pro содержит обширную базу динамиков известных мировых производителей. Существует возможность дополнить эту базу другими динамиками. Для этого вначале необходимо занести в базу название нового производителя. Для этого нужно открыть в меню Edit->Database->EditCompanyData (рис.4). В поле Name следует указать название фирмы и поставить галочку напротив пункта Manufacturer, по желанию заполнить и другие поля, содержащие сведения о производителе, и затем нажать Save.
После этого следует сохранить в базе новую модель динамика. Для этого вносятся данные на динамик в окно DriverProperties (рис.5).
Во вкладке Description указываются общие сведения о динамике.
Во вкладке Paramerters указываются тиль-смолл параметры динамика (рис.6). При этом не обязательно заполнять все поля параметров, а достаточно указать лишь некоторые из них. При этом остальные параметры можно рассчитать с помощью встроенного калькулятора (Calc и CalculateAll).
Все тиль-смолл параметры в динамике взаимосвязаны друг с другом. О наличии или отсутствии противоречий между значениями параметров свидетельствует цвет сигнального светодиода, находящегося слева от поля параметра. Красный цвет светодиода указывает на сильное взаимное несоответствие параметров, жёлтый – незначительное, зелёный – отсутствие несоответствия.
Также можно заполнить вкладку Dimension, которая содержит сведения о геометрических размерах динамика (рис.7). Эти сведения будут автоматически использованы программой, когда будет необходимо рассчитать свободный внутренний объём корпуса.
После заполнения указанных вкладок следует нажать AddthisDrivertoDatabase (Добавить этот динамик в базу данных).
Для извлечения нужного динамика из базы данных нужно нажать LoadfromDatabase (Загрузить из базы данных) в окне DriverProperties (рис.3). Откроется окно, показанное на рис.8. В выпадающих списках следует выбрать CompanyName и DriverFound, после чего нажать Load.
После загрузки основных параметров НЧ динамика, требуется указать количество устанавливаемых динамиков, способ установки, а также схему взаимного подключения, если количество динамиков больше одного. Для этого предназначена вкладка Configuration (рис.9).
Для задания начальных параметров акустического оформления во вкладке проекта Design1 следует нажать Box. В результате этого откроется окно BoxProperties.
Вкладка Descriptionпредназначена для сохранения основных сведений об АС.
Параметры корпуса АС задаются во вкладках BoxDesign (см. рис.10) и Vents (см. рис.11). В первой указываются тип акустического оформления(Type = Vented Box - фазоинвертор), объём (Vb) или размеры корпуса (Dimensions) и частота настройки фазоинвертора fb.
Во вкладке Vents - указываются конструктивные параметры портов ФИ.
Задав требуемые параметры динамика и корпуса можно произвести пробное построение графических характеристик. Для этого следует нажать Plot на вкладке проекта Design. Откроется окно, показанное на рис.12. Дальше эти характеристики можно оптимизировать, изменяя параметры акустического оформления (размеры корпуса и фазоинвертора).
Вкратце рассмотрим наиболее важные характеристики и критерии их оценки:
- NA- АЧХ уровня звукового давления на расстоянии 1м, при подведении мощности 1Вт.
Нужно стремиться к достижению наибольшей равномерности;
- CA - АЧХ уровня звукового давления на расстоянии 1м, при подведении номинальной мощности.
Показывает величину звукового давления, который способна обеспечить АС.
- AP– Акустическая мощность.
Нужно стремиться уменьшить глубину провала в области НЧ и не допускать провала более 3-4 дб;
- CD– Амплитуда смещения диффузора (звуковой катушки).
Нужно стремится не допускать превышения максимальной амплитуды смещения звуковой катушки больше Xmax в границах диапазона частот, воспроизводимых акустической системой;
- VV– Скорость потока воздуха в трубах фазоинвертора.
Нужно стремится к уменьшению скорости воздушного потока в трубе ФИ, не более 15м/с.
Изготовление АС
Рассмотрим некоторые особенности изготовления корпусов АС:
В большинстве случаев корпуса АС изготавливают из фанеры толщиной 15 и 18 мм.
Конструкция корпуса должна быть прочной и герметичной. Следует учитывать, что в процессе работы АС внутри корпуса создаётся повышенное давление. Данное обстоятельство приводит к тому, что в негерметичном корпусе возникают потери, которые проявляются в том, что из щелей начинает просачиваться воздух. Это может проявляться в появлении дополнительных призвуков при работе АС. Для того, чтобы этого избежать, все соединения должны быть тщательно проклеены столярным клеем. Панели скручиваются саморезами через каждые 7-10см. Головки саморезов заглубляются и, впоследствии, зашпаклёвываются.
Панели значительных размеров желательно оснастить рёбрами жёсткости, т.к. в недостаточно укреплённых панелях может возникнуть колебательный процесс, приводящий к потере чёткости воспроизведения низких частот. Нежелательно использовать в конструкции съёмную крышку, т.к. данное конструктивное решение, как правило, также приводит к снижению герметичности и жёсткости корпуса.
Все динамики с открытой тыльной стороной, входящие в состав АС, кроме НЧ динамиков, необходимо изолировать от внутреннего объёма корпуса для исключения влияния на них НЧ излучения. Если планируется оснастить АС встроенным усилителем, то под него желательно выделить в корпусе АС отдельную камеру. Особенно это касается усилителей с открытым печатным монтажом. При проектировании АС следует обеспечить возможность вентиляции компонентов системы, и принять меры для создания более благоприятных условий их работы. Напомним, что при продолжительной работе на высокой мощности нагрев магнитной цепи динамика может достигать 70 градусов.
Подводя итог всему вышесказанному, ещё раз напомним, что для изготовления высококачественной АС необходимы не только качественные динамики. Важно правильно спроектировать и изготовить корпус АС, сделать рациональный выбор драйверов (ВЧ-головок) и произвести расчёт разделительного фильтра. Следует помнить, что параметры корпуса АС фазоинверсного типа рассчитываются применительно к конкретной модели НЧ динамика. Можно самостоятельно произвести расчёт фазоинвертора на основании Тиль-смолл параметров динамика, используя специализированные программы и методики. На основании рассчитанных данных об объёме корпуса и параметрах фазоинвертора спроектировать корпус АС. Для производимых динамиков, инженерами фирмы АКТОН спроектированы АС, подходящие для большинства задач озвучивания. Корпуса этих АС оптимизированы по ряду параметров, таких как максимальная отдача на низких частотах, наилучшие условия тепловой конвекции динамиков внутри корпуса, формо-габаритные показатели, удобство транспортирования и др. Разработана документация, содержащая набор чертежей на изготовление корпусов АС. Все АС прошли испытания в условиях реальной работы. Согласно документации, корпуса АС изготавливаются из стандартной фанеры. Наружная поверхность корпуса может быть окрашена краской или обтянута карпетом. Техническая документация на корпуса акустических систем в формате PDF размещена на нашем сайте в свободном доступе и по ней вы можете изготовить акустическую систему своими руками.