Идея фазоинверсной системы (Bass Reflex) известна с 1930-х годов, но массовое распространение получила в 50-х. Сегодня фазоинвертор остается одним из самых популярных типов оформления для сабвуферов и акустических систем Hi-Fi, обеспечивая максимальную отдачу на низких частотах. О том, как работает эта система, как рассчитать параметры и избежать типичных ошибок, читайте в нашем подробном руководстве.
Конструктивно фазоинвертор — это доработанный , в стенке которого сделано отверстие с установленной трубой (резонатором). Эта труба используется для вывода звука, излучаемого задней стороной диффузора динамика. Благодаря этому увеличивается отдача на самых низких частотах. Физика процесса основана на взаимодействии упругости воздуха в объеме ящика и массы воздуха в трубе. Масса воздуха в отверстии начинает работать как дополнительный диффузор, усиливая звук на резонансной частоте системы, которая обычно настраивается чуть ниже основной резонансной частоты динамика. Вместе объем ящика и масса воздуха в трубе образуют резонатор Гельмгольца.
Эквивалентные схемы фазоинвертора:
Эквивалентные схемы не учитывают индуктивность звуковой катушки, сопротивление излучения и взаимное влияние сопротивления излучения громкоговорителя и фазоинвертора ввиду их пренебрежимо малого влияния на характеристики АС на низких частотах.
Принцип действия фазоинвертора заключается в фазировании звуковых волн. Благодаря наличию акустической массы в трубе, звуковое давление в отверстии сдвигается так, что оно уже не противоположно по фазе давлению от передней поверхности диффузора. В результате не происходит нейтрализации звуковых волн, как это бывает в , где диффузор работает без корпуса.
Движение в корпусе с фазоинвертором ненаправленное:
При грамотном подборе параметров головки и объема корпуса, АС с фазоинвертором обеспечивает значительно лучшее воспроизведение низких частот по сравнению с . Ключевой момент — настройка контура фазоинвертора на частоту, близкую к резонансной частоте динамика. Исследования показывают, что расстройка частоты резонанса фазоинвертора относительно частоты резонанса головки не должна превышать ±2/3 октавы.
Труба ФИ круглой формы с расширяющимися концами:
Важно помнить: для фазоинвертора подходят динамики с низкой добротностью (Qts < 0,6). Также стоит учитывать конструктивные ограничения: рассчитанная длина трубы может оказаться слишком длинной для реального корпуса. Тем не менее, длина трубы всегда должна быть меньше длины волны на резонансной частоте / 12.
Импеданс акустических системы с фазоинвертором имеет 2 выраженных пика:
первый пик – резонансная частота трубы фазоинвертора ω1
провал – частота настройки фазоинвертора ωф
второй пик- резонансная частота динамика в корпусе ω2
Сечение трубы фазоинвертора может быть практически любой формы: круг, квадрат, прямоугольник. Для удобства расчетов, если у вас есть круглое сечение, его можно пересчитать в эквивалентное сечение любой другой формы, воспользовавшись нашей статьей .
В отличие от закрытой системы, где передаточная функция зависит только от добротности Qts и резонансной частоты Fs, фазоинверсная система зависит от большего числа параметров: полной добротности Qts, нормированной частоты настройки Fc, соотношения гибкостей α, резонансной частоты Fs и добротности потерь в корпусе QL.
3 вида потерь в системе с фазоинвертором:
- потери за счет звукопоглощения в корпусе АС;
- щелевые потери за счет трения воздуха в щелях корпуса;
- потери за счет трения воздуха в трубе фазоинвертора.
Учет потерь — самая сложная часть конструирования. Измерения показывают, что добротность потерь за счет звукопоглощения (при наличии ваты вдоль стенок) лежит в пределах 30-80; в трубе без поглощающего материала — 50-100. Щелевые потери (утечки через неплотности) имеют добротность 5-20. Утечки происходят через крепежные винты, материал подвеса и пылезащитный колпак. Реальные сопротивления потерь зависят от частоты, но для упрощения анализа часто заменяют их одним видом частотно-независимых потерь. Типичное значение QL для фазоинверсных систем составляет 5-10.
Множество параметров повышает риск ошибки при проектировании. Именно поэтому фазоинверсоры часто критикуют за «бубнение» или «размазанный бас». Чаще всего это происходит при использовании динамика с избыточной добротностью Qts или при неверной настройке частоты без учета эквивалентного объема головки Vas и объема ящика Vb. Чтобы избежать проблем, ознакомьтесь с примерами готовых проектов, например, Акустическая система с щелевым фазоинвертором.
Круглые трубы ФИ настраиваемой длинны:
Даже правильно настроенная труба может стать источником искажений, если объемная скорость воздуха станет слишком высокой, вызывая турбулентность. Это приводит к нелинейным искажениям и росту потерь. Эксперименты показывают, что скорость потока в трубе не должна превышать 5% от скорости звука. Для трубы с площадью сечения Sv ограничения выражаются формулой:
Sv ≥ 0,8 · Fв · Vd , где
- Sv – площадь сечения трубы (м2);
- Fв – частота настройки фазоинвертора (Гц);
- Vd – объемное смещение (м3).
Щелевой фазоинвертор:
Расчет длины трубы можно выполнить по формулам из статьи . Для расчета необходимы три параметра: объем корпуса, частота настройки и диаметр (или площадь) трубы. Если вы планируете использовать нестандартное решение, например, сверхплоский фазоинвертор на 4 ГД-35, важно учитывать особенности геометрии.
Для удобства монтажа в корпусе, труба ФИ может не один раз изгибаться:
Чтобы избежать возникновения стоячих волн в трубе, рекомендуется выбирать длину трубы не более:
Lmax ≤ c / Fs, где
- Lmax – максимальная длина трубы (м);
- с – скорость звука в сухом воздухе при 20 °C = 343 (м/с);
- Fs – резонансная частота фазоинвертора (Гц).
Эффективная длина трубы Lve складывается из фактической длины Lv и поправки на краевые эффекты Lvo:
Lve = Lv + Lvo = Lv + 0,825√Sv
Эта формула справедлива для трубы, установленной заподлицо с передней панелью без фланца с другой стороны. Если на внутренней стороне трубы есть фланц, коэффициент перед корнем следует удвоить.
Даже при идеальных расчетах на практике ошибка часто превышает 5-10%. Если вы столкнулись с проблемой свиста или шума из фазоинвертора, изучите методы борьбы с этим явлением в статье Методы борьбы со свистом фазоинвертора.
Примеры расчета фазоинверсной акустической системы:
Комментарии ()