Всех с наступившим НГ! Желаю всем доброго здоровья и творческих удач!
оригинал в пдф
тут
Как уже не раз говорил раньше, я не занимаюсь конечным изготовлением годной к прослушиванию акустики - у меня к трансмиссионной акустике интерес достаточно прикладной.
Поэтому
модель по Кинслеру, оперирующая, в основном, Z-характеристиками, меня вполне устраивала. По-видимому, г.Кинслер тоже не увлекается изготовлением акустики.
И как ЭТО все звучит в реалиях, его также не интересовало. Если бы занимался (или вот я сделал бы, к примеру, хотя бы один ФИ) тогда ,
скорее всего он бы больше внимания уделил вот этой области (обведено красным):
Посмотреть вложение 82249
Рис.1 Определение резонансов в системе АО-ТЛ по Кинслеру
Сам я от него попросту отмахнулся написав, мол на «частоте ¼ …» входное акустическое сопротивление трубы стремится к ∞ и она «просто отваливается»,
и по сему нет там и не может быть никакого резонанса.
Второй момент. В радиотехнике/радиосвязи сам по себе резонанс явление чаще всего положительное – именно на нем базируется селекция, лучшие условия для согласования и пр..
Перед глазами (sic! – не перед ушами))) всегда был классический поршень-динамик. Поршень туда-сюда – вот тебе и давление и скорость. Хочешь оптимальной отдачи
– соответственно, согласовывай по массе и упругости воздуха (ms и Vas). В электроакустике же, как «звуковоспроизведении высокой верности/без потерь» резонанс это, скорее,
источник искажений и прочих проблем.
Но. Разбирая вопрос, чем ТЛ-ОЕ и «ТКВТ» отличаются, и не найдя для себя толкового объяснения, начал (наконец-то!) делать замеры давления на «мертвых» частотах,
смотреть на реальные графики АЧХ по звуковому давлению ища ответ и там.
Вот канонические измерения М.Кинга:
Посмотреть вложение 82250
(с) Гапоненко С.В. «Акустические системы своими руками», стр.89
И правда, выхлоп на «мертвых» частотах есть! Не min, не max (!), но что-то все-таки есть (см. нижний график «в», «напротив» min дина)
Меряю сам. ТЛ 1,2 м, динамик Panasonic RD90 :
Посмотреть вложение 82251
*красные линии – частоты провалов в отдаче дина; зеленые –частоты Z-резонансов … max выхлопа ТЛ-трубы.
Интересно! По характеру/поведению мои измерения практически полностью совпали с Кинг’овскими …чего не скажешь о картинках из почтенного Hornresp’а ,
по крайней мере у меня(( …возможно, что-то неправильно ввел – буду рад, если кто-нибудь поправит)
Сканы из Hornresp’а по трубе Кинга:
Посмотреть вложение 82252
…. труба формально длиннее на 9см, но от центра дина до открытого конца как раз 132-9=123 см.
Посмотреть вложение 82253
Итого:
- резонанс по Z меньше реально измеренного: 78Гц (Hornresp) против 94Гц (Кинг, см. «рис 4.2» выше);
- минимум по дину тоже меньше: 53Гц против 70Гц;
- резонанс по Z (макс на 78Гц) не соответствует резонансу по выхлопу трубы (макс на 70Гц), что как раз у Кинга наличествует – см. рис. выше, а подробнее см. ниже
Посмотреть вложение 82254
Посмотреть вложение 82255
Посмотреть вложение 82256
Лезем в мою трубу с микрофоном (ТЛ-ОЕ 1,2 м, динамик Panasonic RD90):
-частота 74 Гц – минимум давления дина (direct radiator)
Микрофон рядом с дином СНАРУЖИ Микрофон рядом с дином ВНУТРИ трубы
Посмотреть вложение 82257Посмотреть вложение 82258
Опа! Давление с разных сторон динамика отличается в 1,6В/14,62мВ=
109 раз! И фактически, это давление дин взаимодействуя с ТЛ сам создает, сам же удерживает
и сам же поддерживает – получается эдакий динамический «закрытый конец»! «Алгебраически» это соответствует попытке
прокачать «
импеданс в точке приложения силы»,
стремящийся к ∞ на этих частотах (см .
Ржевкина стр. 101, 104)
Как это происходит? Дунул/двинул дин в сторону открытого конца (ОЕ) первую порцию давления - доходит она до конца – отражается - и возвращается к дину через ½ периода
- …и «складывается» в противо-фазе с дином -
лоб в лоб: повышение с повышением, разряжение с разряжением.
Через несколько периодов (здравствуй
добротность! ) амплитуда дина в силу этого противодействия упадет, а давление на «границе»(со стороны «приложения силы»-т.е. дина)
повысится и наступит некий баланс – каждый раз прибавляемая порция давления будет расходоваться в выхлопе трубы (и немного в потерях в самой трубе – трение, заполнение …).
Переходные процессы в точке установки дина в ТЛ-ОЕ:
Снаружи Внутри
Посмотреть вложение 82265Посмотреть вложение 82266
(только сейчас обратил внимание, что измерения при
переходном процессе «осциллограф» дает некорректные – измерения велись на частоте 74 Гц).
Надо полагать, по току через дин картина в точности повторила бы поведение давления внутри трубы (правый скан)
– чем сильнее давление, тем большую силу нужно прикладывать, чтобы его «удерживать».
Причем для такого
фокуса совсем необязательно, чтобы конец трубы был закрыт дином плотно/герметично/намертво (это когда мы говорим о «настоящем закрытом конце»))).
Ниже процесс измерения давления с обеих сторон динамика, «продувающего» трубу L=
1 m,
установленного
с зазором/щелью в 1см, на частоте 84 Гц ≈ 343/ (4*(1+0,03)) (частоте «¼ волнового резонанса»):
Посмотреть вложение 82267Посмотреть вложение 82269
соответственно:
Снаружи Внутри
Посмотреть вложение 82270Посмотреть вложение 82271
Как видим
виртуальный/динамический «закрытый конец» -пучность давления образуется и без «глухой закрывашки»-дина.
И в этот момент (на этих частотах) движение диффузора дина минимально….Что оооочень похоже на работу дина ФИ
в области его настройки!
Действительно, там и там мы имеем систему связанных резонаторов - дин и его акустическая нагрузка - АО-ФИ или АО-ТЛ, соответственно.
Разница в «физике» «нагрузочных резонаторов» - в их Z-характеристиках.
Вот упрощенная эквивалентная акустическая схема АО-ФИ:
Посмотреть вложение 82272
(с)
«Высококачественные акустические системы и излучатели» И.А.Алдошина, А.Г. Войшвилло,. стр. 109.
А вот очень упрощенная эквивалентная схема открытой трубы :
Посмотреть вложение 82273
(конец открытой трубы здесь справа - напоминаю, для воздуха открытый конец это КЗ!)
Как видим, на «частоте настройки ФИ» для АО-ФИ и частотах, кратных «четверть-волновым» для АО-ТЛ-ОЕ, картина примерно одинаковая
– динамик (последовательный контур) «упирается» в параллельный контур (в его роли для ФИ выступают «секции» 3 и 4 вместе, показанные на рис. 4.7 выше).
Другими словами, в обоих случаях на «частотах настройки» дин долбится в «дверь»… которую сам же и создает.
Там и там дин «на частоте настройке» действует в «противофазе со своей нагрузкой».
Полученную упрощенную эквивалентную схему
(только на «частотах настройки ФИ»/четверть-волновых ТЛ!) можно интерпретировать
и как полосовой фильтр и как систему связанных контуров, где в одном из контуров «основная» емкость стремится к ∞, т.е. к полному замыканию на переменном токе:
Посмотреть вложение 82274
соответственно
Посмотреть вложение 82275 → k св = 1/√ (1+Ссв/С1)
Стоп! А если все же в эквивалентной схеме оставить
С2 ? Что нам это напоминает? – т.е. , когда один контур/резонатор/ реактивность подключается только к части
другого контура/резонатора/реактивности? Правильно! – «классическая» ТКВТ – «классические» связанные контуры – дин с
частичным включением в трубу .
В роли
реактивности связи выступает СЕ-колено.
В любом случае, конечная Z- характеристика будет дву-горбой, с провалом.
Если эквивалентные схемы на «частотах настройки» похожи, то и весьма похожи в этой области, и сами Z- характеристики:
Посмотреть вложение 82276Посмотреть вложение 82277
Хотя, разумеется, сходство только внешнее. Например, резонансная частота самого дина «сдвигается» в случае АО-ФИ
вверх за счет присоединенного объема,
в случае же АО-ТЛ –
вниз – присоединением массы воздуха в трубе-ТЛ.
Далее. Говоря об АО-ФИ все, кто в теме, знают/понимают, что перед нами чистейший резонатор Гельмгольца с возбуждением/ накачкой давлением.
Но при этом никто такое АО одноименно резонатору не называет. Можно сказать и по-другому: вот был у нас объем только с одним портом-трубой (без порта под дин)
- это резонатор Гельмгольца. Врезали в объем дин - и исходный резонатор сразу же превратился в "фазоинвертор" - про резонатор Г. забыли.
Что, в общем-то, логично: "исходным" резонатором Гельмгольца он теперь становится только когда дин, в него вставленный, работает на одной частоте
- "частоте его настройки (ФИ)"… при этом, не имея на ней резонанса!
Резонансы теперь будут выше и ниже. Да и возбуждают обычно классический резонатор Г. через его
горло, а не через ж… , простите, объем.
Кстати, еще один наглядный пример
накачки резонатора Г. через …
тело – классическая акустическая гитара:
Посмотреть вложение 82278Посмотреть вложение 82279
(взято
отсюда)
- на фото выше справа показано, как колебание струны передается верхней деке. Тут же я постарался отобразить
согласование резонатора-струны с резонатором-корпус/«голосник».
Струна передает свое поперечное колебание не в точке максимальной амплитуды
по скорости, а почти вплотную к точке крепления – вплотную к максимуму
силы давления (на порожек).
Получается своего рода длинный «рычаг», на одном конце которого порожек, на другом …палец исполнителя…который мы тоже «согласовали» со струной
🙂).
Вот тут как раз вижу практически идеальное согласование двух резонаторов. И в этом случае, колебания струны не гасятся «нагрузкой» (как это имеет место для динамика в АО-ФИ),
а наоборот эффективно передаются корпусу - далее объему…как части резонатора.
В случае же с АО-ТЛ сложилось, субъективно, "исторически", совсем не так. Какой бы "исходный" ТЛ-резонатор не выбрать: 1/4-волновой
- трубу с одним закрытым концом или 1/2-волновой - трубу с обоими отрытыми концами. Как только вставили дин, соответственно, в закрытый/открытый конец,
так сразу получился «четверть-волновый резонатор», т.е. «ТКВТ».
Теперь переходим непосредственно к резонансным характеристикам ТЛ.
От классиков (по Гапоненко стр.93):
«Акустическое оформление типа «Т-линия» приводит к появлению серии резонансов
в спектре полного сопротивления головки и ее звукового давления»
«
Второй по частоте резонанс соответствует резонансной частоте «Т-линии», увеличенной вследствие взаимодействия с динамической головкой»
Согласно Википедии: «Резона́нс (
фр. resonance, от
лат. resono «откликаюсь») — частотно-избирательный отклик
колебательной системы на периодическое внешнее воздействие,
который проявляется в резком увеличении амплитуды стационарных колебаний при совпадении частоты внешнего воздействия с определёнными значениями, характерными для данной системы.»
В случае динамической головки резкому увеличению колебательной скорости головки соответствует резкое возрастание ее полного сопротивления – пик, по-простому.
Т.е. по пикам Z головки мы однозначно определяем все ее резонансы.
С другой стороны, мы хорошо знаем про резонансы головки в оформлении ФИ. Где похожая ситуация: вот были головка с Fs и ФИ с его «Fм(в) настройки»,
вставили головку в ФИ- получили:
Посмотреть вложение 82280
(с) «Высококачественные акустические системы и излучатели» И.А.Алдошина, А.Г. Войшвилло, стр.134
Но мы же при этом не говорим, что «
Fн (т.е. а-ля «второй резонанс» по аналогии с Т-линией)
соответствует резонансной частоте ФИ,
увеличенной вследствие взаимодействия с динамической головкой»! Частота «настройки ФИ» осталась на месте – ее невозможно «сдвинуть» головкой.
Да, и при этом мы называем АО-ФИ «фазоинвертором», а не …резонатором Гельмгольца, хотя, собственно, на его принципе вся работа этого ФИ и устроена.
Точно также и в случае с ТЛ., т.н. «собственные частоты «настройки» ТЛ/ТКВТ (определяемые исключительно их
геометрией/размерами) не зависят от того,
что к ним пристыкуют. Обращаю внимание, речь идет не о всех
характеристических частотах ТЛ, а именно о тех, где входное сопротивление ТЛ стремится к бесконечности!
Читаем далее: (стр.91) «Зависимость звукового давления головки от частоты («рис. 4.2, б» -
см. выше) имеет
ярко выраженные провалы на частотах,
соответствующих собственным модам трубы. На этих же частотах «поет» труба :
звуковое давление на выходе трубы для этих частот имеет максимумы»
?!
А вот и нет!
Максимумы там, где и должны быть. Опять возвращаемся к измерениям
Кинга*:
Посмотреть вложение 82281
*здесь уже приведены оригинальные сканы из Кинга
Максимумы выхлопа трубы там, где и должны быть – напротив максимумов колебания дина (зеленые линии) и выхлопа трубы (нижний скан),
а также …почти…максимумов акустической отдачи от самого дина (средний скан)!
Подытожим:
- для простоты предлагаю /можно говорить, что мод у труб - Трансмиссионных Линий (любых! - с СЕ, с ОЕ, ТКВТ…) - два вида-два ряда : резонансные и анти-резонансные;
-аналогично можно говорить, что мод и у АО-ТЛ - два вида-два ряда : резонансные и анти-резонансные;
-1/4 волновых резонансов в АО-ТЛ не происходит … хотя сам резонатор на частотах «кратных им» и образуется;
-можно говорить, что на частотах кратных (2N-1)/4L имеет место быть анти-резонанс (как противоположность резонансу);
- частоты этих антирезонансов никак от подстыковываемых к ТЛ динов не зависят, и они не куда не «расстаскиваются», они зависят только от «геометрии» ТЛ
(точно также, как и в случае «частоты настройки фазоинвертора» для АО-ФИ);
- на частотах анти-резонансов или «четверть-волновых»-кому что больше нравится, происходит
накачка давлением динамически образуемого четверть-волнового резонатора
(опять же аналогично АО-ФИ на «частоте настройки»);
- эквивалентная схема АО-ТЛ на частотах антирезонансов – последовательное соединение последовательного (дин) и параллельного (ТЛ) контуров
– отсюда и принципиальный провал на этих частотах;
-а вот резонансы в АО-ТЛ (определяемые по Z-характеристике) как раз «оттягиваются» дином (его реактивным сопротивлением) от точек резонанса исходной ТЛ
(неважно какой – с ОЕ или СЕ) ... в сторону …правильно –антирезонансных точек;
-чем ближе дин к воздуху (легче и гибче), тем этот (системный) резонанс больше и ближе к своим «родным»
трубным… и дальше от антирезонанса и наоборот;
- поскольку при создании АО-ТЛ (ТКВТ) дин обычно выбирают не очень
легкий и
гибкий (стремясь совместить собственную резонансную частоту дина с частотой «¼ волнового резонанса»
- см. Рис.1 в самом начале), системные резонансы АО-ТЛ оказывается
очень близко расположенным к этим самым ¼ волновым …только анти-резонансам (кроме 1-го, пожалуй,
но его очень просто «притянуть за уши
» )). поэтому и возникает иллюзия того, что эти самые ¼ волновые резонансы существуют и всем как раз и рулят;
- «сдвиг на 1/3», т.е. переход к «классической» ТКВТ, принципиально ситуацию с набором резонансов не меняет – там те же два ряда резонансов и анти-резонансов
– меняется соотношение между ними.
■
