Что такое фазоинвертор в колонках
Перейти к содержимому

Что такое фазоинвертор в колонках

  • автор:

Для чего нужен фазоинвертор в колонках

Одним из главных вопросов после покупки сабвуфера перед нами встаёт выбор корпуса для него. Интернет кишит различными аббревиатурами вроде ЗЯ, ФИ, ЧВ и БП и разобраться в них порой не так просто. Этим мы сегодня с вами и займемся.

  • Легкость в расчете и изготовлении
  • Не требует большого объема, что позволяет сэкономить место в авто
  • Структурированный бас, быстрый, без запаздываний
  • Низкая эффективность
  • Плохое охлаждение катушки сабвуфера из-за отсутствия каких-либо отверстий в корпусе

ФИ или Фазоинвертор

  • Высокая эффективность (громче чем ЗЯ)
  • Хорошее охлаждение катушки сабвуфера
  • Возможность настройки оформления под определенные жанры музыки с целью получения максимальной эффективности в определенной полосе низких частот
  • Сложность расчета
  • Занимает гораздо больше места, чем ЗЯ
  • Имеет более размытый бас, в отличие от ЗЯ (к слову, качество баса в ФИ все же можно улучшить, но жертвуя давлением)
  • Самая высокая эффективность (громче ФИ и намного громче ЗЯ)
  • Быстрый, без запаздываний, бас
  • Не такой ярко выраженный горб АЧХ, как у ФИ, что дает прирост громкости в большей полосе частот
  • Сложность настройки усилителя с целью избежать механических повреждений сабвуфера
  • Определенные требования к сабвуферу (наличие длинноходной подвижной системы, низкая добротность)
  • Огромный размер
  • Требования к повышенному контролю усилителя в следствие недостаточного демпфирования сабвуфера при данном оформлении
  • Отсутствие возможности использовать усилители, превышающие по мощности RMS сабвуфера более чем в два раза

Немного ознакомившись с типами акустических оформлений, предлагаю распределить линейки сабвуферов, подходящие для тех или иных вариантов. Итак, наиболее оптимальным для ЗЯ будет выбор SQ сабвуферов линейки Symphony. Для ФИ оформления подойдут сабвуферы любых линеек, так как данное оформление является самым распространенным и каждый наш сабвуфер спроектирован таким образом, чтобы пользователь мог получить желанное с применением оформления данного типа. Для корпусов с оформлением под названием четвертьволновой резонатор (четвертьволновик) мы бы рекомендовали сабвуферы с максимально мощными моторами в системы со слабым усилительным звеном ( не взирая на то, что многие считают, что данное оформление подходит любого типа динамикам). Причина таится в высокой добротности самого акустического оформления, что влечёт за собой необходимость установки в него низкодобротных (с моторами высокой мощности) сабвуферов. Наиболее оптимальными для данного акустического оформления являются сабвуферы линеек Decibel и Ultimatum. Опять же, напоминаем, что данное оформление имеет свои особенности и не подоходит для систем с усилителями высокой мощности.

Фазоинвертор-труба в колонке.Зачем она нужна и проверка с генератором ее работу

Коротко о зависимости звука от корпуса АС

Акустическое оформление корпуса оказывает влияние главным образом на АЧХ, а также на некоторые другие параметры. В зависимости от расчетов и выбранного оформления, такое влияние может улучшать или ухудшать верность воспроизведения. Любое решение в акустике является своеобразным компромиссом между практичностью (и нередко эстетичностью формы) и инженерными решениями, которые стремятся повысить верность воспроизведения. Проблема верности воспроизведения упирается в законы физики её ограничивающие, акустическое оформление — это попытка инженеров уменьшить влияние факторов ухудшающих верность воспроизведения, при этом получить приемлемые для конечного пользователя эксплуатационные свойства.

Полагаю, большинству читателей известно, что без оформления динамики не будут звучать правильно — возникнет, т.н. акустическое короткое замыкание. Воспроизводимая динамиком волна давления с длиной, соизмеримой с размерами диффузора, компенсируется за счет разрежения воздуха с тыльной стороны диффузора.

Идеальная акустическая система — это бесконечная стена. Если не затрагивать область идеального, то путь от центра внешней стороны диффузора до его центра тыльной стороны диффузора должен быть больше половины максимальной длины излучаемой звуковой волны. Особенно много проблем здесь возникает с НЧ. Так, при 20 Гц (нижний порог восприятия) длина волны составляет немногим более 17 метров. Естественно, что АС в виде стены такого размера несколько великовата для коммерческой серии. По этой причине стен не строят, а предпочитают ящики, которые полностью не решают проблем, но способны в значительной степени их компенсировать.

Проблемы существуют не только с акустическим коротким замыканием, но также с другими свойствами АС. Например, любой динамик имеет резонансную частоту, ниже которой происходит крутой завал АЧХ, ок. 12 дБ на октаву. При работе на резонансной частоте возникает множество гармонических искажений. Решить проблему завала АЧХ и нелинейных искажений слишком резким снижением резонансной частоты нельзя, так как огромная амплитуда резонансных колебаний порвёт диффузор.

Известно, что амплитуда колебаний диффузора обратно пропорциональна квадрату частоты, т.е. при равном звуковом давлении на 50 Гц амплитуда будет составлять 4 мм, а на 25 Гц -16 мм. Таким образом, чем больше диффузор, тем ниже может быть резонансная частота с относительно безопасными для динамика колебаниями. Иными словами, чем ниже резонансная частота динамика, тем лучше.

Резонансы корпуса и форма

Все корпуса колонок представляют собой объемные резонаторы (будь то открытый ящик, ФИ, ЗЯ или лабиринт), у которых огромное количество собственных резонансов. Это хорошо видно по формуле расчета резонансов для закрытого ящика:

где a, b и l — стороны корпуса резонатора, а m, n и g — целые числа

Резонансы определяются стоячими волнами, возникающими внутри корпуса, что существенно влияет на АЧХ, как правило, не лучшим образом. Чтобы их убрать используют всё те же демпферы, которые снижают добротность резонансов, однако полностью их не убирают.

Можно говорить о том, что резонансы напрямую зависят от формы корпуса, по иному, от соотношения сторон. Распространенная сегодня форма в виде столба прямоугольного сечения является крайне неудачной, если говорить о резонансах корпуса. А форма куба, напротив, позволяет размазать резонансы по всей АЧХ и сделать менее заметными. Для ЗЯ и ФИ также иногда используется сферическая форма корпуса, которая препятствует образованию стоячих волн, но также не способна полностью их устранить.

Фазоинвертор. Сдвиг по фазе, или Зачем сзади музыкальной колонки находится отверстие?

Общепринятый факт, что существует всего два варианта корпуса акустических систем: это закрытый ящик, где все герметично собрано без отверстий, и так называемый полузакрытый. Чаще встречается герметичный полузакрытый короб с фазоинвертором — отверстием, углубляющимся внутрь колонки, вот как у колонок бренда ELTRONIC. Располагаются фазоинверторы, как правило, на задней стенке акустики, но также существуют и фазоинверторы, установленные на передней стенке рядом с динамиком. Они представляют собой трубку-цилиндр, раструб в большинстве случаев круглой или овальной формы.

Для чего необходимо это странное отверстие?

Тут нам не обойдись без физики. Как известно, звук представляет собой амплитуду колебаний воздуха от пиковых низких до пиковых высоких значений, так называемая волноформа.

Тишина — это когда амплитуда колебаний звуковой волны находится на отметке 0. Громкость звука увеличивается за счет увеличения амплитуды колебаний. Например, что будет, если мы услышим в моменте два одинаковых звука? Правильно — громкость их увеличится в два раза.

А как усилить этот звук?

Ключевое слово здесь «в моменте», то есть оба звука должны прозвучать одновременно, другими словами их волна должна быть в фазе. То есть пиковые значения и спады обеих волноформ звука должны совпадать друг с другом, ибо только при этом условии они складываются, а их КПД увеличивается. Существует также и обратное явление — противофаза. Это когда пик одной звуковой волны приходится на спад другой и отстает ровно наполовину. При таком явлении волны взаимовычитаются и, следовательно, стремятся к нулю, взаимоуничтожаясь. Если же фазу второй волны подвинуть чуть дальше от первой, допустим на четверть длины волны, то произойдет сдвиг по фазе — звук потеряет четкость и выразительность.

Работающий динамик производит звуковую волну, идущую из фронтальной поверхности собственного диффузора.

Но оказывается, что звучит он не только спереди, но также и с тыльной стороны внутрь корпуса колонки, преимущественно низкими и средними частотами. Вот и было придумано полезным образом использовать эту пропадающую силу звучания, что ранее безвозвратно терялась в черной бездне внутри корпуса акустической системы.

Принцип действия фазоинвертора следующий: с помощью акустического резонатора сигнал с тыльной стороны динамика нужно задержать на определенное время и инвертировать (перевернуть) звуковую волноформу так, чтобы на выходе из раструба она точно совпадала по фазе с сигналом фронтальной стороны динамика и, как следствие, увеличивала КПД звукового давления.

Почему чаще всего фазоинверторы используются именно в сабвуферах и широкополосных акустических системах?

Ответ прост. Из физики нам известно, что высокие звуки формируются за счет частых колебаний волны и короткой длины на единицу времени, а низкие, наоборот, за счет большей длины волны и редких колебаний. Плюс к тому низкие звуки больше подвержены отражениям в пространстве и хуже воспринимаются человеческим ухом, чем средние частоты.

Лучше всего человеческое ухо реагирует на среднечастотный диапазон в области от 1 до 4 кГц. Просто физиологически так сложилось, что именно в этом отрезке находятся основные активные частоты человеческой речи. А вот басовые частоты, особенно на малой громкости, слышатся тише.

Так что если мы возьмем две акустические системы одинаковой мощности, с одинаковыми частотными характеристиками, но с разными вариантами корпусов, то у той, что оснащена фазоинвертором, показатель КПД звукового давления в низкочастотном сегменте, как правило, будет большим примерно на 3 дБ, нежели чем у системы с закрытым ящиком.

Опираясь на все вышесказанное и помня про увеличение КПД звукового давления, прогрессивное аудиофильское человечество и изобрело «систему выравнивания» этого пробела в уровне целостности восприятия картины звука – фазоинвертор.

Российский бренд ELTRONIC практически все модели снабжает фазоинверторами. От самых больших, высотой более метра, до самых маленьких, не выше 30 см, все имеют фазоинверторы. Поэтому у них широкий диапазон звучания. Убедиться в этом можно, перейдя по ссылке:

Закрытый ящик

Этих недостатков лишен другой тип акустического оформления, широко распространенный по сей день. Он называется «закрытый ящик» (З.Я.) Смысл его работы следует из названия. Динамик монтируется в стенку герметично закрытого ящика, объем воздуха в котором, кстати, имеет собственный резонанс и, будучи правильно рассчитанным, способен позитивно повлиять на амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) акустической системы — именно так называется созданный нами объект. Для демпфирования внутреннего объема ящика в него часто помещают пористый материал, распределяя его по стенкам или локально. Это может быть хлопковая вата, стекловата, поролон и т. д.

Технологичнее и проще всего сделать нашу акустическую систему, то есть, колонку, в виде прямоугольного параллелепипеда. Но у такого варианта есть немало недостатков. Прежде всего, это внутренние резонансы — когда звук «мечется», отражаемый параллельными стенками, от стенки к стенке, резонируя на определенных частотах. Математические расчеты показывают, что одним из лучших вариантов закрытого ящика является шар, но уж никак не параллелепипед, от которого часто пытаются отойти. Разработчики стремятся сделать стенки не параллельными, закруглить углы и так далее, что позитивно влияет на звучание и негативно — на стоимость системы.

Фазоинвертор, лабиринт, ПАС

Акустическое оформление «закрытый ящик» при неплохом звучании имеет и негативные моменты. Мало того, что сам по себе коэффициент полезного действия нашего динамика не так уж высок. В закрытом ящике к тому же «работает» только передняя поверхность диффузора, излучение задней поверхности до нашего слуха не доходит, понижая КПД системы приблизительно вдвое.

Применить с пользой излучение с задней стороны диффузора позволяет акустическое оформление «фазоинвертор». В ящик вставляется труба, и ее геометрия в сочетании с объемом ящика рассчитывается таким образом, чтобы резонанс получившейся системы приходился в нужную область частотного диапазона, а излучение в этой частотной области для слушателя было синфазным (синхронным) с передней поверхностью диффузора.

Таким образом, излучение, «забранное» от задней поверхности диффузора, дополняет излучение передней. КПД системы на низких частотах резко повышается. Именно поэтому практически в большинстве современных колонок используется фазоинвертор. С другой стороны, такое оформление может привести к определенному падению качества звучания, причем именно в басовом диапазоне.

Отдельным классом акустического оформления считается лабиринтное, в котором к тыльной стороне динамика примыкает достаточно длинный фазоинвертор, сделанный в виде некоего криволинейного канала. Кроме того, и сам порт фазоинвертора может иметь переменное сечение и специальную аэродинамическую геометрию поверхностей, которая предотвращает дополнительные призвуки от движения столба воздуха внутри фазоинвертора.

Отчасти аналогичный принцип реализован в акустическом оформлении с применением панели акустического сопротивления, когда, к примеру, задняя стенка закрытого ящика делается перфорированной, то есть, с множеством отверстий, закрытых тканью, создающей определенное сопротивление потоку воздуха.

Что такое фазоинвертор?

На помощь приходит следующий элемент конструкции колонки — фазоинвертор. Возможно, вы заметили, что у многих колонок на передней или задней панелях есть отверстия? Обычно они круглые, но иногда бывают и другой формы, например, прямоугольные. Это и есть фазоинверторы, которые являются своеобразной «выхлопной трубой» колонки.

Фазоинвертор – это труба в корпусе колонки, обеспечивающая энергичную отдачу на низкие частоты и возможность воспроизведения глубоких басов.

Форма и длина этой трубы, как и диаметр самого отверстия, выбираются исходя из многих факторов, размеров колонки и параметров динамика. Именно благодаря фазоинвертору даже небольшие колонки могут звучать басовито. Кроме того, диффузоры их динамиков перемещаются более свободно, чем в случае закрытого корпуса. А это значит, что и чувствительность колонок возрастает.

4.jpg

Принцип работы фазоинвертора

Как же работает фазоинвертор? На первый взгляд, он выпускает наружу те самые звуковые волны от обратной стороны диффузора басового динамика. Но это еще не все. Согласно своему названию и принципу действия, фазоинвертор переворачивает фазу звуковой волны, проходящей через него. Поэтому он не только не подавляет, но и усиливает тот звук (в определенном диапазоне частот), который воспроизводит динамик.

5.jpg

Фазоинвертор в напольной акустической системе Triangle Antal 40th Anniversary

Фазоинвертор не так прост, как кажется. Это сложная резонансная система. От правильного расчета этой системы зависит качество звучания акустики. Конструкция фазоинвертора определяется индивидуально для каждой модели колонки. Выходные отверстия фазоинверторов могут быть расположены на передней или задней панелях корпуса. Их расположение никак не влияет на принцип работы или качество звука. Однако установка колонок с направленным назад фазоинвертором имеет свои особенности. Обычно их не рекомендуется устанавливать близко к стене комнаты, иначе может возникнуть переизбыток басов (хотя некоторым меломанам это может даже понравиться).

Даже самые лучшие динамики не обеспечат качественный звук, если будут установлены в неправильно изготовленный корпус. К счастью, современный Hi-Fi производят опытные компании.

Когда соберетесь покупать колонки известного бренда, можете быть уверенными, что звучание будет радовать вас долгие годы.

Типы акустических систем.

Основные разновидности акустического оформления колонок.
Акустика открытого, закрытого и изобарического типов, а также вариантов
оформления: с лабиринтом, фазоинвертором, пассивным излучателем и т. д.

Акустические системы (колонки) – это последнее звено аудиосистемы, воспроизводящее звук путём преобразования электрического сигнала, поступающего с выхода УМЗЧ, в механические колебания излучателей, а следом и в звуковые колебания воздуха, воспринимаемые органами нашего слуха, а при высокой мощности — и остальными частями тела.
Как ни крути, а акустическая система — это ящик, собранный из механически прочного материала с вмонтированными в него динамиками. Ящик может быть выполнен в соответствии с одной из многочисленных конструкций, определяющих тип акустического оформления системы.

Рассмотрим основные разновидности этих конструкций:

1. Акустические системы открытого типа.

Качалось бы, что может быть проще, чем отбросить от ящика заднюю стенку, либо вообще — выкинуть к едреней фене все стенки, а динамики смонтировать на простом деревянном щите?
Именно из этой простой идеи, собственно говоря, и зародились первые акустические системы, называемые системами открытого типа.
Несмотря на кажущуюся архаичность решения, подобные колонки выпускаются как промышленно, так и делаются на коленках адептов качественного аудиофильского звука.
Объясняется такой интерес полным отсутствием какой-либо компрессии с тыловой стороны диффузоров динамиков. Результат — крайне открытое и воздушное звучание акустики и реальное удовольствие при прослушивании практически любых музыкальных жанров, исключая современные танцевальные, где на первый план выходит не натуральность звучания, а необходимость наличия мощных компрессионных басов.

Помимо отсутствия жирных басов существенным недостатком открытой акустики является и крайне высокая цена промышленных изделий, и необходимость наличия большого помещения для правильной ориентации колонок по отношению к слушателю, а также возможности размещения их на изрядном расстоянии от стен.

Частным случаем открытых систем является акустика, построенная на электростатических излучателях, в которых вместо традиционных динамиков применяется натянутая во всю высоту акустической системы тончайшая плёнка из токопроводящего материала. За счёт малого веса излучателя подобные системы обладают рядом достоинств, основными из которых являются: повышенная детальность звукопередачи, а также филигранная способность отрабатывать даже самые резкие динамические перепады. Недостатком опять-таки является некоторая недостача низких частот.
Падение звукового давления при снижении частоты ниже значения резонансной частоты подвижной системы АС открытого типа составляет 12 дБ/окт.

2. Акустические системы закрытого типа (закрытый ящик).

Лечится это либо увеличением внутреннего объёма изделия, либо повышением массы диффузора (для уменьшения частоты механического резонанса), что приводит к почти пропорциональному снижению чувствительности.
К неоспоримым достоинствам закрытой акустики можно отнести полное отсутствие каких-либо призвуков и фазовых огрехов, свойственных фазоинверторной акустике и акустическим лабиринтам. К недостаткам — либо довольно недетский размер колонок, либо отсутствие сверхглубоких басов при ограниченном объёме изделия.

Падение звукового давления данного типа АС при снижении частоты ниже значения резонансной частоты подвижной системы составляет 12 дБ/окт.

3. Панель акустического сопротивления.

Давно известная, но изрядно подзабытая панель акустического сопротивления (ПАС) несёт в себе достоинства как открытых, так и закрытых акустических систем, сочетая естественность звучания (без фазовых и переходных искажений) с простотой исполнения.
Панель представляет собой множество отверстий 5. 20 мм в диаметре на задней стенке корпуса громкоговорителя.
Суммарная площадь отверстий — около 60. 80% от эффективной площади диффузора НЧ динамика.

Поверх отверстий туго натягивается и приклеивается хлопчатобумажная (либо какая-либо ещё) ткань в один или два слоя.
Недостатком ПАС является спад звукового давления в области низких частот. Однако он не так велик, как у акустической системы закрытого типа и легко устраняется незначительным повышением мощностей усилителя и НЧ головки.
К сожалению, не существует чёткой теории по расчёту оптимальных параметров акустической системы с панелью ПАС, а в большинстве литературных источников говорится о необходимости экспериментального подбора всех параметров. Думаю, именно этот фактор обусловил в последнее время малое количество промышленных изделий с акустической панелью, оставив широкое поле для экспериментов пытливому радиолюбительскому сообществу.

Падение звукового давления АС при снижении частоты ниже значения резонансной частоты подвижной системы составляет 12 дБ/окт.

4. Акустические системы с фазоинвертором.

Фазоинвертор — это очередной способ обуздать избыток внутреннего давления внутри корпуса громкоговорителя и пустить его на благо увеличения отдачи на самых низких частотах.
По своей сути фазоинвертор — это труба, выведенная концом наружу и уходящая внутрь корпуса колонки.
Как и положено любой трубе, у неё есть собственная резонансная частота, зависящая от её геометрических размеров. Поэтому, когда динамик воспроизводит частоту на которую настроен фазоинвертор, объём воздуха в трубе резонирует, что приводит к весомому усилению воспроизведения этой частоты.
Естественным образом, для корректной работы подобной системы частоту резонанса трубы следует выбирать ниже резонансной частоты НЧ динамика в ящике.
Насколько ниже? В 1,5. 1,6 раза.

Труба фазоинвертора может выходить: на лицевую панель, на заднюю или боковую панели. Однако, в наиболее дорогих и качественных акустических системах она, как правило, расположена именно с тыльной стороны конструкции.

Несмотря на популярность данного типа изделий, фазоинверторная акустика всегда проигрывает как закрытому, так и открытому ящику с точки зрения динамических параметров (скорости отработки быстрых сигналов), а также фазовых характеристик, обуславливающих детальность и чистоту звукопередачи.
Собственно говоря, плюс у фазоинверторных акустических систем всего один — повышенная отдача на низких частотах и возможность воспроизведения самых глубоких басов при относительной простоте и дешевизне конструкции.

Падение звукового давления данного типа АС при снижении частоты ниже значения резонансной частоты настройки фазоинвертора составляет 24 дБ/окт.

5. Акустические системы бандпасс или полосовой громкоговоритель.

Виды акустического оформления колонок Виды акустического оформления колонок Виды акустического оформления колонок

Бандпасс или полосовой сабвуфер — это акустически нагруженное оформление, представляющее собой фазоинверторный ящик, разделённый внутри дополнительной стенкой (перегородкой) на две разные по объёму камеры.
Динамик размещается на перегородке между камерами, т.е. закопан внутри корпуса, что с одной стороны хорошо, так как исключает риск его повреждения, с другой — не являясь системой прямого излучения, АС имеет сложную зависимость параметров от взаимного влияния всех конструктивных элементов, что обуславливает повышенные требования к расчёту и тщательности изготовления акустики.
Акустические системы бандпасс не являются системами прямого излучения. В зависимости от конструкции и количества фазоинверторов существует 3 вида бандпассов: 4-го порядка (см. рисунок слева), 6-го порядка тип-а (рисунок посередине), 6-го порядка тип-б (рисунок справа).
КПД и способность эффективно воспроизводить самые низкие частоты у бандпасса значительно выше, чем у классического фазоинвертора. Однако, такие досадные мелочи, как узкополосность и весьма посредственное качество воспроизведения ограничивают область применения данного типа акустического оформления главным образом сабвуферными устройствами, используемыми в автотранспортном хозяйстве.
А разрекламированная фишка о том, что байпас сам по себе является резонансным устройством высокого порядка и не нуждается в традиционных ФНЧ — носит весьма сомнительный характер и не заслуживает какого-либо серьёзного доверия.
С точки зрения КПД на низких частотах, бандпасс 4-го порядка является самым эффективным, однако при этом и самым узкополосным среди остальных видов подобных устройств.
Устройства 6-го порядка за счёт наличия двух фазоинверторов, настроенных на разные частоты, имеют более широкую полосу воспроизводимых частот, но, соответственно, и более низкий КПД.

6. Акустические системы с пассивным излучателем.

Системы с пассивным излучателем являются одной из разновидностей акустики фазоинверторного типа и призваны обеспечить глубокое воспроизведение низких частот без чрезмерного увеличения размеров изделия.
Смысл конструкции заключается в установке в закрытом ящике дополнительного низкочастотного динамика, у которого полностью отсутствует магнитная система. Т.е. он состоит только из диффузора, подвеса и рамы и, при этом — никуда не подключается.
Пассивный излучатель приводится в движение колебаниями воздуха внутри акустической системы, которые порождаются обратной стороной активных НЧ динамиков и, по сути, является аналогом резонансной системы, образованной трубой фазоинвертора.

Обычно пассивный излучатель выбирается из соображений величины собственной резонансной частоты — несколько меньшей, чем у активного динамика. Поэтому он должен иметь либо больший диаметр, либо большую массу своей подвижной системы.
Достоинствами пассивного излучателя являются глубокий бас вплоть до самых низких частот и отсутствие посторонних призвуков свойственных некоторым не слишком удачно выполненным фазоинверторным решениям.

7. Акустические системы с лабиринтом.

Это несколько ухудшает свойства акустики, но всё же оставляет их предпочтительными по сравнению с фазоинверторными изделиями.
От фазоинвертора лабиринт отличается менее «резонансным» звучанием, кроме того, в данном случае динамик свободен от компрессии, повышающей резонансную частоту, т.к. его тыловое излучение встречает минимальное количество препятствий.
Всё это звучит весьма красиво, однако при малейших просчётах в разработке или изготовлении — в длинном и сложном по форме волноводе с большой вероятностью могут возникнуть стоячие волны со сложной структурой резонансов, что сведёт на нет все преимущества акустического лабиринта.

8. Рупорные акустические системы.

Итак, из плюсов рупорных акустических систем: высокая чувствительность и, соответственно, КПД, приличное музыкальное разрешение, направленные свойства.
Из минусов: конструктивная и технологическая сложность, своеобразное звучание, считающееся некоторыми аудиофилами достоинством, значительные размеры низкочастотных рупоров, ограничивающие целесообразность их использования концертными площадками и стадионами.

9. Акустические системы изобарического типа.

Акустическая система изобарического типа – ещё одна разновидность низкочастотного оформления, призванная обеспечить достойное воспроизведение басов в корпусе ограниченного объёма.
Конструктивно ящик изобарической акустики разделён герметичной перегородкой на две (не всегда равные) части, в каждую из которых установлено по одному НЧ динамику так, что между ними находится постоянный неизменный объём воздуха.
На оба динамика одновременно подаётся один и тот же сигнал. Другими словами — их можно включить параллельно, либо последовательно, либо подключить каждый из них к отдельному усилителю.

При подобном включении излучателей нагрузка на тыльную сторону диффузора внешнего динамика будет компенсироваться аналогичными колебаниями внешней стороны диффузора динамика внутреннего. Результат — удвоение (вернее — почти удвоение) мощности акустического излучения при неизменном объёме корпуса АС.
А если задуматься о том, что каждая одиночная головка в пределах допускаемых отклонений имеет свою, обусловленную технологией производства, неравномерность АЧХ, и частоты пиков и провалов на каждой из них не совпадают, то очевидно, что, благодаря взаимному демпфированию излучателей, суммарная АЧХ окажется значительно более гладкой.

10. Акустические системы со сдвоенными головками.

На самом деле, вся эта изобарика, описанная выше — не более чем красивое рекламное название давным-давно известного типа акустических систем со сдвоенными головками.
Причём изначально сдвоенные головки располагались на одной панели, диффузорами навстречу друг к другу и, помимо всех преимуществ акустики изобарического типа, имели ещё одно существенное достоинство — меньшие по сравнению с одиночным излучателем нелинейные искажения.
Нелинейные искажения уменьшаются из-за того, что при данном (встречном) соединении динамиков сдвоенная головка представляет собой сугубо симметричную электромеханическую систему.
По этой причине — сопротивление воздушной среды с её обеих сторон практически одинаково, различия гибкости подвеса при движении диффузора вперёд и назад отсутствует. Наконец, асимметрия распределения магнитной индукции в зазоре магнитной системы, отрицательно влияющая на уровень второй гармоники, в сдвоенной головке при встречном расположении не проявляется.

Естественным образом, подключать головки к усилителю следует противофазно.

Исходя из сказанного, можно сделать вывод — данный тип акустики, с точки зрения качества звука, является более предпочтительным по отношению к системе изобарического типа.

11. Акустические системы смешанного типа.

Здесь всё просто как ситцевые трусы! Акустические системы смешанного типа — это АС, в которых для различных частотных поддиапазонов используются и разные типы акустического оформления.
Казалось бы, на этом можно поставить точку, однако есть ещё в природе изделия, которые вызывают изумление не только за счёт космических цен, но и в связи с неземным совершенством оных.
К числу таких относится обновлённая версия ВТОРЫХ (. ) сверху в иерархии акустических систем американской фирмы Nola — Concert Grand Reference Gold 2 (см. фото).
Приведу краткое описание колонок:
Традиционно для акустики фирмы ВЧ-СЧ секция выполнена в открытом оформлении.
Высокие частоты озвучивает ленточный излучатель длиной 12 дюймов, работающий от 1000 Гц, а на участке свыше 10000 Гц ему помогает небольшой ленточный супертвитер.

Набор среднечастотных динамиков в каждой колонке включает четыре драйвера с магнитами Alnico, которые закрывают диапазон от 400 до 1000 Гц.
Затем в работу включаются четыре небольших басовика с диффузорами из сплава магния и медными фазовыравнивающими кернами, они также имеют магнитную систему из сплава алюминия, никеля и кобальта.
Область ниже 40 Гц поручена двум 12-ти дюймовым вуферам, каждый из которых работает на свой собственный объем с фазоинвертором.
Вместе все динамики сводятся фирменным пятиполосным разделительным фильтром UnisonTM, собранным на шести отдельных платах.
Чувствительность систем составляет 91 дБ, номинальное сопротивление – 8 Ом, вес – 125 килограммов каждая.
Розничная цена Nola Concert Grand Reference Gold 2 в США заявлена на уровне 240 000 долларов за пару.

Что такое фазоинвертор в акустике : фото

В качестве иллюстрации приведем фотографии реальных фазоинверторов в различных акустических системах:

Схемы фазоинверторов

Фазоинвертор в системе

Фазоинвентор вне системы

Как видно на фото, фазоинверторы могут значительно различаться по форме, размерам и расположению в корпусе в зависимости от конструкции конкретной модели колонок.

Перспективы развития технологий фазоинверторов

Несмотря на кажущуюся простоту концепции, разработка фазоинверторов продолжает совершенствоваться. Основные направления:

  • Новые материалы и технологии производства
  • Улучшение аэродинамических характеристик
  • Гибридные решения в сочетании с другими технологиями
  • Многополосные системы фазоинверторов
  • Цифровое моделирование и оптимизация

Благодаря прогрессу в этих областях звучание современных акустических систем продолжает становиться все лучше.

Как устроены колонки. Все про корпус.

Корпус акустических систем — это следующее важное звено. Ранее мы уже разобрались, зачем нужны и как работают динамики в Hi-Fi колонках. А как сделать так, чтобы динамик воспроизводил музыку с высоким качеством? Разгадка кроется именно в корпусе колонок.

Зачем динамику нужен корпус?

Динамик – это ключевой элемент в конструкции любых колонок, который преобразовывает электрический звуковой сигнал в звуковые волны. Подробнее мы разбирали этот вопрос в предыдущей статье. Когда работает динамик, вы можете увидеть характерные движения диффузора вперед и назад. Когда диффузор движется вперед, то впереди него создается зона повышенного давления воздуха (воздух просто сжимается). В это же время сзади места для воздуха становится больше — образуется зона пониженного давления. Получается, что диффузор создает звуковые волны и спереди, и сзади. И эти волны сталкиваются — это называется «акустическим коротким замыканием». Хорошего звука так не получить, явные проблемы возникнут на низких частотах (низкочастотные волны самые длинные).

1.jpg

Полочная акустическая система Triangle Comete EZ

Для хорошей работы динамика на всех частотах необходимо предотвратить столкновение этих звуковых волн, чтобы они не гасили друг друга. В общем случае решить эту задачу можно, установив динамик в щит. Размеры этого щита должны превышать длину звуковой волны на самых низких частотах. Однако для домашнего использования подобное решение не подходит. Тогда инженеры придумали сделать для колонки корпус — ящик, в который устанавливаются динамики фронтальной частью наружу. Этот корпус исключает возможность взаимного акустического подавления передней и задней звуковых волн (одна волна уходит наружу, вторая остается в корпусе).

Корпус колонки — не простой ящик

Не любой ящик подходит для размещения в нем динамика. Если мы конечно все еще хотим получить качественный звук. Задача инженеров на производствах состоит в расчете размеров, форм корпусов колонок и многих других характеристик. Например, вспомним, что в процессе работы корпус колонки подвергается постоянному механическому воздействию за счет механических движений. А это означает, что на корпус будут передаваться вибрации. Если стенки корпуса будут слишком тонкими или изготовленными из резонирующих материалов (например, из пластика), то появление слышимых неприятных призвуков неизбежно. Но делать стенки колонки слишком толстыми тоже не целесообразно, то есть здесь нужно найти оптимальное решение.

2.jpg

Напольная акустическая система Triangle Australe EZ

Одним из важных моментов в создании корпуса для колонки является правильный выбор его размеров (внутреннего объема). Его необходимо делать в соответствии с характеристиками динамика. Действительно, воздух, который находится внутри закрытого корпуса колонки, будет очень неохотно сжиматься и расширяться. Это затруднит работу диффузора динамика. Например, возьмите велосипедный насос и попробуйте подвигать поршень с закрытым отверстием трубки — едва ли у вас получится легкое движение руки. Подобное же сопротивление воздуха внутри колонки придется преодолевать и диффузору динамика при его перемещении вперед и назад. Это будет не лучшим образом влиять на звучание колонки на низких частотах и на общую эффективность ее работы (чувствительность). Конечно, корпус колонки можно сделать большим и тогда сопротивление воздуха внутри будет в меньшей степени влиять на работу динамика. Но есть и другой способ решения этой задачи.

3.jpg

Напольная акустическая система Triangle BR08

Что такое фазоинвертор?

На помощь приходит следующий элемент конструкции колонки — фазоинвертор. Возможно, вы заметили, что у многих колонок на передней или задней панелях есть отверстия? Обычно они круглые, но иногда бывают и другой формы, например, прямоугольные. Это и есть фазоинверторы, которые являются своеобразной «выхлопной трубой» колонки.

Фазоинвертор – это труба в корпусе колонки, обеспечивающая энергичную отдачу на низкие частоты и возможность воспроизведения глубоких басов.

Форма и длина этой трубы, как и диаметр самого отверстия, выбираются исходя из многих факторов, размеров колонки и параметров динамика. Именно благодаря фазоинвертору даже небольшие колонки могут звучать басовито. Кроме того, диффузоры их динамиков перемещаются более свободно, чем в случае закрытого корпуса. А это значит, что и чувствительность колонок возрастает.

4.jpg

Принцип работы фазоинвертора

Как же работает фазоинвертор? На первый взгляд, он выпускает наружу те самые звуковые волны от обратной стороны диффузора басового динамика. Но это еще не все. Согласно своему названию и принципу действия, фазоинвертор переворачивает фазу звуковой волны, проходящей через него. Поэтому он не только не подавляет, но и усиливает тот звук (в определенном диапазоне частот), который воспроизводит динамик.

5.jpg

Фазоинвертор в напольной акустической системе Triangle Antal 40th Anniversary

Фазоинвертор не так прост, как кажется. Это сложная резонансная система. От правильного расчета этой системы зависит качество звучания акустики. Конструкция фазоинвертора определяется индивидуально для каждой модели колонки. Выходные отверстия фазоинверторов могут быть расположены на передней или задней панелях корпуса. Их расположение никак не влияет на принцип работы или качество звука. Однако установка колонок с направленным назад фазоинвертором имеет свои особенности. Обычно их не рекомендуется устанавливать близко к стене комнаты, иначе может возникнуть переизбыток басов (хотя некоторым меломанам это может даже понравиться).

Даже самые лучшие динамики не обеспечат качественный звук, если будут установлены в неправильно изготовленный корпус. К счастью, современный Hi-Fi производят опытные компании.

Когда соберетесь покупать колонки известного бренда, можете быть уверенными, что звучание будет радовать вас долгие годы.

Что такое фазоинвертор и для чего он нужен: разбираемся с элементом, усиливающим низкие частоты в акустических системах

Что такое фазоинвертор и зачем он нужен в акустических системах? Этот вопрос волнует многих любителей качественного звука. В этой статье мы подробно разберем устройство и принцип работы фазоинвертора. Вы узнаете, как правильно подобрать фазоинвертор для ваших колонок и какие факторы влияют на его эффективность.

Что такое фазоинвертор: определение, назначение, применение

Фазоинвертор (от фаза колебаний и инвертор) — устройство, преобразующее выходной сигнал в 2 сигнала, сдвинутых по фазе на 180°. В просторечии его также называют «раструбом».

Основное назначение фазоинвертора в акустических системах — усилить воспроизведение низких частот за счет использования резонанса воздушного столба внутри корпуса. Благодаря этому даже компактные колонки могут обеспечить глубокий, насыщенный бас.

  • Hi-Fi акустика
  • Студийные мониторы
  • Колонки для автомобиля (сабвуферы)

Преимущества использования фазоинвертора:

  • Усиление басовой составляющей звука
  • Увеличение чувствительности АС в низкочастотном диапазоне
  • Согласование акустического оформления с параметрами динамиков
  • Компактные размеры корпуса при сохранении низких частот

Устройство и конструкция фазоинвертора

Существует несколько разновидностей фазоинверторов:

  1. Трубчатый (цилиндрический порт)
  2. Щелевой (прямоугольный порт)
  3. Пассивный излучатель

Основные параметры фазоинвертора, влияющие на его работу:

  • Длина
  • Диаметр отверстия или ширина щели
  • Форма (цилиндрическая, прямоугольная и т.д.)

Материалы для изготовления фазоинвертора должны быть достаточно жесткими, чтобы избежать дребезжания и искажений звука. Чаще всего используют ДСП, MDF или фанеру толщиной от 18 мм.

Фазоинвертор может быть расположен на передней, задней или боковой стенке корпуса. Это не влияет на качество звучания при правильном расчете параметров.

Выходное отверстие фазоинвертора иногда делают расширяющимся к наружной стороне. Это позволяет немного снизить сопротивление воздушного потока.

Принцип действия фазоинвертора

Физически фазоинвертор работает как резонатор Гельмгольца. Звуковые волны, создаваемые тыльной стороной диффузора, заходят в отверстие фазоинвертора, отражаются от дна и возвращаются обратно, пройдя полный период колебаний. 3

При этом происходит сдвиг фазы звуковой волны на 180° по отношению к изначальному сигналу от лицевой стороны диффузора. В результате две волны не гасят, а усиливают друг друга в определенном частотном диапазоне.

Таким образом фазоинвертор увеличивает амплитуду колебаний воздуха на резонансной частоте, что воспринимается как значительный прирост громкости звука на соответствующих низких частотах.

Резонансная частота фазоинвертора зависит от его размеров и формы. Подбирая эти параметры, можно добиться оптимальной работы фазоинвертора в заданном частотном диапазоне.

Крупный портрет мужчины, работающего над компонентом акустической системы. Он припаивает проводку внутри открытого корпуса динамика при помощи паяльника, сосредоточенно и точно выполняя задачу. На мужчине защитные очки, а наконечник его паяльника ярко-ора

Расчет параметров фазоинвертора

Для эффективной работы фазоинвертора его параметры должны соответствовать характеристикам используемого динамика, а также объему корпуса.

Оптимальная длина фазоинвертора (L) рассчитывается по формуле:

Где С — скорость звука в воздухе, F — требуемая настройка фазоинвертора.

Диаметр (для круглого порта) определяется из соотношения длины и диаметра, которое обычно лежит в пределах 10-20.

При выборе формы порта предпочтение отдается той, которая проще вписывается в имеющийся корпус. Для щелевых фазоинверторов расчет аналогичный.

На практике полученные значения корректируются экспериментальным путем для достижения желаемой частотной характеристики.

Также учитывается внутренний объем корпуса колонки, от которого зависит давление воздуха внутри. Это влияет на характер резонанса в фазоинверторе.

Подбор фазоинвертора для конкретного динамика

Для выбора оптимального фазоинвертора необходимо проанализировать параметры динамика, в частности:

  • Резонансная частота динамика (Fs)
  • Добротность динамика (Qts)

Рекомендуемое значение отношения Fs/Qts для фазоинвертора лежит в диапазоне от 60 до 100.

Например, для динамика с Fs=35 Гц и Qts=0.4 оптимальный фазоинвертор получится при настройке 35/0.4=87 Гц.

Для динамиков с параметрами за пределами рекомендуемого диапазона также возможно подобрать рабочий вариант фазоинвертора, но может потребоваться больше экспериментов.

Важно учитывать согласование конкретной модели динамика и фазоинвертора. Их характеристики должны быть оптимизированы для совместной работы.

Макроснимок трубы фазоинвертора внутри корпуса динамика, драматично освещенный сбоку, чтобы подчеркнуть гладкую глянцевую текстуру. Внутренние стенки отражают свет, создавая визуально поразительное абстрактное изображение с ощущением глубины.

Установка и настройка фазоинвертора

При монтаже фазоинвертора в корпусе важно обеспечить герметичное соединение между трубой и стенкой, чтобы не было утечек звука.

Располагать фазоинвертор нужно на расстоянии не менее половины его длины от динамика, чтобы избежать акустического короткого замыкания.

От стен помещения торец фазоинвертора должен находиться на расстоянии не менее 20 см, иначе возможно нежелательное усиление баса.

Для точной настройки частоты фазоинвертора используют регулировку длины трубы путем установки внутренних вставок-заглушек.

Окончательная оптимизация параметров фазоинвертора производится экспериментальным путем для получения требуемой амплитудно-частотной характеристики.

Типичные ошибки при использовании фазоинвертора

Рассмотрим наиболее распространенные ошибки при работе с фазоинверторами:

  • Неправильный расчет параметров (длины, диаметра) фазоинвертора
  • Негерметичное соединение фазоинвертора с корпусом колонки
  • Неудачное расположение фазоинвертора относительно динамика
  • Неоптимальное расстояние выходного отверстия фазоинвертора от стен помещения
  • Неверная настройка резонансной частоты путем изменения длины трубы

Подобные ошибки приводят к ухудшению звучания на низких частотах, появлению искажений и потере глубины баса.

Конструкции фазоинверторов различных производителей

Рассмотрим примеры реализации фазоинверторов в колонках известных брендов:

KEF

В флагманских моделях KEF применяется запатентованная технология Uni-Q с коаксиальным динамиком. Фазоинвертор выполнен в виде щели вокруг динамика сзади.

JBL

Колонки JBL оснащаются вентилируемым фазоинвертором — Slip Stream Port. Он имеет специальную аэродинамическую форму для ламинизации потока воздуха.

Dynaudio

В Dynaudio применяют запатентованную технологию фазоинвертора Power Port. Он оптимизирован по форме и расположению для максимальной отдачи.

Что такое фазоинвертор в акустике : фото

В качестве иллюстрации приведем фотографии реальных фазоинверторов в различных акустических системах:

Схемы фазоинверторов

Фазоинвертор в системе

Фазоинвентор вне системы

Как видно на фото, фазоинверторы могут значительно различаться по форме, размерам и расположению в корпусе в зависимости от конструкции конкретной модели колонок.

Перспективы развития технологий фазоинверторов

Несмотря на кажущуюся простоту концепции, разработка фазоинверторов продолжает совершенствоваться. Основные направления:

  • Новые материалы и технологии производства
  • Улучшение аэродинамических характеристик
  • Гибридные решения в сочетании с другими технологиями
  • Многополосные системы фазоинверторов
  • Цифровое моделирование и оптимизация

Благодаря прогрессу в этих областях звучание современных акустических систем продолжает становиться все лучше.

Что такое фазоинвертор? И зачем он нужен?

Мембрана динамика, вибрируя, толкает воздух (создает звук) в двух направлениях.

Звук, направленный в обратную сторону, теряется.

Для того, чтобы не потерять эту энергию, делается волновод, и волна выходит из колонки, но со сдвигом фазы.

Длину пути, по которому проходит волна подбирают так, чтобы на низких частотах фазы прямого излучения и прошедшего по фазоинвертору совпадали.

Таким образом, на низких частотах, на воспроизводство которых и тратится большая часть энергии, получаем почти удвоение выдачи.

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
комментировать
в избранное ссылка отблагодарить
Алекс­ андрА­ ндрее­ вич [2.6K]
4 года назад

Фазоинвертор — отчаянная попытка использовать излучение тыльной стороны динамика. Фазоинвертор излучает звук за счёт запоздания, инвертируя его примерно на 90 градусов. В итоге ислучениен фазоинвертора почти совпадает с излучением динамика, и воспроизведение нч улучшается. Надо сказать, что ФИ излучает звук на одной ноте, поэтому при его правильной настройке действительно способен расширить ачх в сторону нч, а при не правильной не принесёт ничего , кроме горба. Кроме того, за счёт «акустического короткого замыкания» фазоинвертор ухудшает воспроизведените ниже его настройки: например у акустической системы закрытого типа спад её излучения ниже резонанса составляет 12дБ на октаву, а у ФИ-24!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *