"Ложь должна быть чудовищной, чтобы в нее поверили"
Пауль Йозеф Геббельс Авторский текст – "фиолетовый и в кавычках", мой – чёрный, * зелёным – примечания *.
«Впервые я столкнулся с темой демпфирования объемов НЧ динамиков прочитав статью М. Линовицкого "Как сделать маленький бокс большим или кое-что о заполнении", которая является достаточно вольным комментированным переводом статьи Тома Ноусэйна "FILL 'ER’UP" или "Make a small box act like a larger one with polyester fiberfill" by TOM NOUSAINE, опубликованной в 1995 году в журнале CAR STEREO REVIEW, а уже через несколько месяцев появилась возможность проверить рекомендации статьи на практике.»
Мой перевод статьи "Make a small box act like a larger one with polyester fiberfill" by TOM NOUSAINE и её критика здесь https://ldsound.club/threads/primen...v-izgotovlenii-samodelnyx-as.2210/post-245139.
TOM NOUSAINE: «Возьмите два совершенно одинаковых бокса, вставьте в них совершенно одинаковые динамики, заполните один из них, и вы воочию убедитесь, что заполненный бокс дает гораздо более убедительный низкий бас. Проще говоря, наполнитель обманывает динамик, заставляя его считать, что он стоит в ящике, большем по объему, чем есть на самом деле. А чем больше бокс, тем более низкие частоты он может воспроизводить.»
Как оказалось, Линовицкий при переводе приукрасил оригинальную статью, в которой слов гораздо более убедительный низкий бас нет, а есть только более низкий бас. Чем и купил любителей «многабаса» за безплатно.
«На тот момент я располагал парой мидбасов, прекрасно подходящих параметрически (Fs=60, Qts=0.4, Vas=10) для установки в закрытый объем. Послушав их пару недель в объеме около 10 литров и более чем удовлетворившись качеством среднего баса, я решил попробовать заполнение ящиков демпфирующим материалом. Достаточно плотно набив объем распушенным листовым синтепоном, мы поставили хорошо знакомый «The Wall» и приготовились услышать «гораздо более убедительный низкий бас»…» После установки данных мидбасов в ЗЯ 10 литров их полная добротность стала не больше, чем Qts=0.55, и им требовалось для «многабаса» не «достаточно плотное» заполнение звукопоглощающим материалом (ЗПМ), а обычный фазоинвертор (ФИ).
«Однако вопреки всем ожиданиям полученный звук можно было назвать разве что «глубоким СЧ», а бас (уж какой был) и мидбас - как отрезало. Совершенно очевидным стало и снижение хода диффузора – более чем 100 Вт выходной мощности ранее довольно легко перегружали акустику. После заполнения даже выкрученная на максимум ручка громкости не приводила к перегрузке.»
Автор ожидал увеличение гибкости внутреннего объёма ЗЯ (согласно обещанию Тома-Линовицкого), но взамен получил большое снижение и без того низкой полной добротности системы: «достаточно плотное» заполнение сработало гораздо сильнее в роли ПАС, чем в роли «экспандера» объёма. Прикол в том, что Том в своей статье имеет в виду (но чётко об этом не пишет) ЗЯ с заниженным объёмом (и завышенной добротностью), а у автора был ЗЯ завышенного объёма (и заниженной добротности), плюс неизвестная (неоптимальная) плотность заполнения.
«Немало озадачившись данным результатом, вынужден был «списать» услышанное на слишком тугое заполнение: если верить автору, то «причиной этого следует считать то, что волокна лежат так плотно, что не могут двигаться и эффективно распределять тепло». Но и при некотором снижении плотности заполнения я получил почти аналогичный, пропорциональный результат. На тот момент эта проблема так и осталась для меня загадкой, разве что оставалось усомниться в качестве материала-наполнителя. Вернуться к теме пришлось только через четыре года.
За все это время удалось получить совсем немного достоверной практической информации по интересующей тематике. Если обратиться к Интернет, то 99% найденных сообщений представляли собой вольный пересказ все того же материала. Вот, например, одна из самых близких к первоначальному тексту цитат: «Когда корпус набивается распушенным материалом (синтепон, вата). За счёт того, что волокна материалов, при работе динамика, активно шевелятся и трутся друг о друга, материалы активно участвуют в термодинамических процессах внутри бокса и при неких оптимальных соотношениях, дают виртуальную видимость бОльшего объёма бокса, кажущегося для динамика». Другой автор более изобретателен: «Там же в колонке происходят идиобатические процессы во время колебания диффузора динамика и не всякая вата способствует полноценному глубокому процессу». А бывает и категоричнее: «Правильное количество ваты в корпусе может увеличит виртуальный объем до 30% (НЧ динамик думает что он стоит в большем ЗАКРЫТОМ корпусе, а это меньшая частота резонанса след. лучший басс). Тупо объяснил но неохота вдаваться в физику (НЕНАВИЖУ!). Но это так и есть».
Авторскую орфографию я решил сохранить.
Примерно аналогичные результаты принес и поиск в англоязычной сети – все это были ссылки и вольные цитирования материала T.N. Разве что отсебятины тамошняя публика не добавляет в таких количествах.» Сложно фильтровать бред из Интернета, не имея противобредового фильтра. Статью Тома Нуисэйна надо было тоже отфильтровать как непригодную, и проблемам конец.
«Немного позже мне попался другой материал: в 2001 году журнал «Автозвук» опубликовал статью проф. К. Никитина под названием «Начала: Здравые и общедоступные заметки по поводу общеизвестного», по сути, ничем не отличавшийся от статьи T.N. Более того, несмотря на больший объем, даже формально уступавшей ей в информативности. Для наглядности приведу нечто вроде сравнительной таблицы:
Автор | К.Никитин | T.Nousaine | Эффект снижения Fs | да | да | Эффект снижения Q | нет | да | Природа явления | да, термопроцесс | да, термопроцесс | Технология использования | нет | да, с практическими советами и цифрами | Результаты измерения импеданса | нет | да, дается характеристика импеданса ФИ | Результаты прослушивания | нет | да | Измерение АЧХ | нет | нет | Влияние на линейный ход | нет | нет | Снижение THD | да, в ранних материалах | нет | Влияние на системы ФИ | нет | да | Влияние на диапазон выше резонанса | нет | нет |
Таблицу можно значительно расширить, однако совершенно очевидной становится малая пригодность этих материалов для практического использования. Это очень странно – статья почти не дает ответов, а лишь вызывает вопросы. Постараюсь быть последовательным: еще раз внимательно проанализировав прочитанное, мы получим примерно такие варианты ответов на главные вопросы «зачем» и «почему» в исполнении авторов:
«Зачем»:
T.NOUSAINE»: «Возьмите два совершенно одинаковых бокса, вставьте в них совершенно одинаковые динамики, заполните один из них, и вы воочию убедитесь, что заполненный бокс дает гораздо более убедительный низкий бас. Проще говоря, наполнитель обманывает динамик, заставляя его считать, что он стоит в ящике, большем по объему, чем есть на самом деле. А чем больше бокс, тем более низкие частоты он может воспроизводить»
К.НИКИТИН: «Именно поэтому частичное заполнение корпуса низкочастотной АС ватой эквивалентно увеличению объема ящика. Температура воздуха внутри колеблется в меньших пределах, как будто ящик больше по объему и колебания давления в нем меньше. Динамическая термостабилизация – это главная (хотя и не единственная) задача, решаемая с помощью волокнистого заполнения внутреннего объема АС.»
Тома комментировать не буду, читайте статью по ссылке в начале данного обзора, комментирую только Никитина. Заполнение корпуса ЗПМ НЕ эквивалентно увеличению объёма ящика, это подлог на уровне профессора. Кроме увеличения гибкости за счёт частичного (всегда!) замещения адиабатического процесса изотермическим имеют место следующие влияния: увеличение присоединённой массы; увеличение активных потерь в системе; вытеснение ЗПМ части воздуха из корпуса; осложнение прохождения воздуха к отдалённым от диффузора частям внутреннего объёма. Смирнов как раз и обнаружил эту неэквивалентность на практике.
«Почему»:
T.NOUSAINE: «Физическая сторона работы заполнителя внутри бокса не менее интересна: воздух внутри бокса при работе динамика сильно нагревается и при этом становится «жестче». Когда внутреннее пространство бокса заполнено волоконной ватой, шевелящиеся волокна рассеивают тепло, создавая для динамика видимость бокса большего размера. Теоретически заполнение бокса может дать виртуальную прибавку объема до 40% от истинных размеров. Проще говоря, если у вас есть бокс объемом 20 литров, то при правильном его заполнении, с точки зрения динамика он будет выглядеть как бокс размером 28 литров»
К.НИКИТИН: «Если сжатие-растяжение сопровождается изменениями температуры с частотой подведенного сигнала, то процесс оказывается не изотермическим, а адиабатическим. То есть, теплообмен между воздухом внутри корпуса акустической системы и окружающей средой отсутствует, и температура воздуха меняется в такт колебаниям диффузора, повышаясь при сжатии и понижаясь при разрежении. Здесь уже линейность воздуха как источника упругости становится неидеальной, потому и придумали способ вернуть процесс к изотермическим условиям. Делают это путем заполнения АС материалом с высокой теплопроводностью при высокой теплоемкости, например сверхтонковолокнистой минеральной ватой. Если при этом диффузор будет двигаться внутрь корпуса, сжимая воздух, адиабатический нагрев воздуха в корпусе АС приведет к активной теплопередаче «воздух – вата»: вата поглотит часть тепла, воздух согреется меньше. Обратный процесс – диффузор растягивает воздух. Воздух пытается остыть, а согревшаяся за предыдущий этап вата его нагревает. Температура воздуха в результате теплообмена стабилизируется, процесс в большей степени походит на изотермический, линейность воздушного подвеса растет.»
В целом всё так, но есть момент: растёт не только линейность воздушного подвеса, но и его гибкость. Суммарная же гибкость подвес+воздух может стать как более, так и менее линейной, поскольку линейность подвеса обычно меньше, чем у воздушной пружины, а вклад подвеса в общую гибкость увеличился.
«Для меня очень странно, что при объяснении физики реального процесса используются термины из теории идеального газа, такие как «изотермический», например. Почему же полностью игнорируются все характеристики и процессы, касающиеся наполнителя, за исключением мнимой теплоемкости?»
Воздух при нормальных условиях и небольших относительных изменениях давления, которым является звук, ведёт себя достаточно близко к идеальному двухатомному газу. А вот ЗПМ действительно далёк от идеала, и сводить его влияние только к превращению адиабатического процесса в изотермический, да ещё и утверждать, что такое превращение – полное, есть неправда.
«Для дальнейших объяснений, мне придется воспользоваться материалами собственных измерений. Кратко приведу основные результаты.
Использован мидбас 7” ScanSpeak 8545K00
Fs=27 Гц, Qts=0.5, Vas=~40. (Измерено при 1 Вт мощности)
Объем ящика, около 8 литров, нетто.
Исходные величины, без наполнения: Fc=66-67. Qtc=1»
ОК, прикинем точность измерений. По моему расчёту величины без ЗПМ должны быть Fc=66 Гц, Qtc=1,22. Резонансная частота совпала, но что случилось с добротностью? Корпус был с большими механическими потерями?
«Заполнение синтепоном, плотное, около 30 г/л: Fc=62, Qtc=0.8
Заполнение ватой, аналогичное по массовой доле: Fc=63, Qtc=0.79
Практический вывод: снижение Fc примерно на 4-5 Гц (<8%), Qtc на 0.2 (-20%).
Обратите особое внимание на диспропорциональное изменение частоты резонанса и добротности.»
С точки зрения минимальной резонансной частоты, с плотностью заполнения получился перебор минимум в полтора раза, с точки зрения добротности – более-менее. Падение Qtc действительно не пропорционально, а обгоняет снижение Fc. Смотрим графики https://baseacoustica.ru/istorija/47-zakrytyj-jaschik-polveka-istorii-i-bolshoe-buduschee. В выше упомянутой статье не разделяются влияния ЗПМ на гибкость/массу/потери, но зато приводятся полезные графики, по которым можно косвенно судить о влиянии этой троицы в каждом конкретном случае.
«Измерения проводились при помощи генератора мощностью 1 Вт, а также при помощи калиброванного в лаборатории акустики телецентра «Останкино» компьютерного спектроанализатора (погрешность не выше 0.1дБ, при разрешении 1/24 дБ/окт.). Результаты проведенного прослушивания ничем не отличаются от ранее полученных: ни о каком «глубоком басе» не может быть и речи. Все это заставило меня самостоятельно разобраться с данным вопросом, результатом чего и стала эта статья.
Сначала подробно поговорим о демпфирующих материалах:
Синтепон, вата и подобные наполнители широко используются в промышленности как термоизоляторы. Например, когда вы укрываетесь одеялом, выделяемая телом энергия (около 90 Вт/час в состоянии покоя) идет на нагрев воздуха. Через какое-то время скопившийся под одеялом теплый воздух позволяет вам согреться. Само одеяло не греет - накрыв им любой предмет, имеющий температуру среды, и не имеющий собственного источника энергии, вы найдете его в таком же состоянии, сколько времени бы ни прошло. Откинув одеяло, вы тут же смешаете воздушные массы – процесс придется начинать сначала. Теперь рассмотрим тела с хорошей теплоемкостью и теплопроводностью. Возьмите в руки металлический шар комнатной температуры. Он покажется холодным на ощупь - сразу же начинается интенсивный теплообмен из-за разности температур руки и шара. Это будет продолжаться довольно длительное время, пока температура тел не сравняется. Возвратив его на место, вы начнете обратный процесс – тепло, полученное шаром, будет некоторое время отбираться средой. Металл имеет хорошую теплоемкость и теплопроводность.»
Согласен, кроме размерности энергии в Вт/час.
«Волокна подобных синтепону материалов очень плохо отбирают тепло, а также практически не способны его удерживать. Вспомните хлопковую рубашку, которую гладят утюгом, разогретым более чем до 200 градусов – обжечься об нее сложно.»
Да, и синтетика, и хлопок весьма далеки от идеальных ЗПМ. Стекловолокно получше, но ему надо склеивать или спекать волокна между собой, и всё равно страшно.
«Теперь предположим, что термопроцесс – единственно правильное (а другого никто и не предлагал) объяснение процессов снижения резонансной частоты (добротности).»
В своё время была тенденция (назовём это так, мягко) объяснять снижение частоты резонанса ЗЯ при внесении ЗПМ исключительно переходом адиабатического процесса в изотермический. И я тоже в это верил. В справочниках для любителей о присоединённой массе тогда не писАли, об увеличении потерь – знали или догадывались, потому что отодвигали ЗПМ сеткой подальше от греха от порта и динамика, организовывая свободный проход воздуху. Не густо было нормальных публикаций и позже. * Автор упорно сокращает «изотермический процесс» до «термопроцесс», ну да ладно.*
«Измерим, что при 1 Вт сигнала резонанс в ящике без заполнения равен примерно 67 Гц. Но и при 100 Вт – он будет равен примерно тем же 67. (На практике, будет ниже, но не ВЫШЕ, что принципиально важно для этого примера) «Примерно» лишь потому, что в зависимости от подводимой мощности характеристика резонанса самого динамика меняется, сказывается нелинейность электрических и механических величин, характеризующих резонанс подвижной системы. Изменение параметров будет примерно компенсироваться, если динамик поместить в оформление, и не будет зависеть от мощности измерения в определенном диапазоне.»
Смотрите https://ldsound.club/threads/primen...v-izgotovlenii-samodelnyx-as.2210/post-244807 и несколько постов ниже.
«Тепла от сжатия при увеличении хода выделилось больше, так как сжатие выросло ровно на порядок (линейный ход от 0.95 до 9.5 мм, объемное смещение увеличилось). Выделилось значительно больше тепла, а резонанс не поменялся - парадокс.»
Перепутаны: быстрое выделение тепла в сжимаемом воздухе при быстром повышении давления внутри ЗЯ от движения диффузора внутрь (процесс адиабатический) и медленный нагрев воздуха вследствие выделения его динамиком (процесс изобарический). Первое сменяется таким же быстрым поглощением тепла при обратном движении диффузора, второе компенсируется выравниванием давления с окружающей средой через самые незначительные щели и на параметры не влияет.
«Теперь обратимся к T.Nousaine и спросим его, почему заполнение работает в системах с ФИ - там совершенно свободная циркуляция воздуха.»
Имея в распоряжении систему MLSSA, Том не заморочился посмотреть и привести основной результат: серию АЧХ (понижение резонансной частоты само по себе мало что значит). А если посмотрел – то в страхе утаил. Небольшое количество ЗПМ вдали от порта, динамика и прохода между ними уменьшает механическую добротность резонансов и динамика, и ФИ, что может быть полезно. При плотном же заполнении ЗЯ и ФИ превращаются в ПАС с распределёнными параметрами: все резонансы убиты, ФИ не работает.
«Более того – полностью хаотическая, при апериодическом сигнале. У порта ФИ есть собственная характеристика АЧХ – «port gain» - «отдача трубы». Ей же примерно соответствует и второй график – скорость воздуха в трубе, также затрагивающей, как можно догадаться, довольно большой частотный диапазон.»
«Конечно, модель поведения импеданса, в случае ФИ, несколько отлична от ЗЯ по внешнему виду, и, чтобы понять аналогию и правомерность, мне придется дать развернутое объяснение. Закрытый ящик является предельным случаем ФИ: два горба импеданса ФИ являются «сплюснутым», точнее «раздавленным» резонансным горбом этого же динамика в свободном поле. Именно поэтому их два и левый горб – горб, а не бесконтрольный рост импеданса ниже точки настройки порта, вызванный раздемпфированием системы.»
Пояснение достаточно оригинальное…
«Что же происходит с импедансом в случае внесения наполнения хорошо видно на этой иллюстрации:»
Я не измерял ФИ с плотным заполнением (такие не нужны), а вот АС на базе корпуса 35АС-028, переделанного под ФИ с частотой настройки 32 Гц, на 75ГДН-1л, с 600 граммов ваты (плотность около 15г/л, заполнено 2/3 объема, основная часть ваты находилась вверху сзади ВЧ/СЧ динамиков), удерживаемой марлей подальше от ФИ, прохода к динамику и зоны 10 см сзади динамика, имел два достаточно острых пика импеданса, как полноценный ФИ, правый пик был немного ниже левого. Здесь не уточняется, как и во всей статье, КАК размещался ЗПМ. ЗПМ был размещён равномерно? Или он весь был размещён подушкой сзади НЧ динамика (сильно изменился именно пик, отвечающий за его резонанс)?
«Дополнением к этому примеру может служить тот факт, что незначительные утечки практически не влияют на параметры резонанса динамика – это хорошо видно по влиянию величины Ql, характеризующей добротность утечек: при ее разумном значении импеданс практически неизменен.
При подаче сигнала высокой частоты несколько сквозных отверстий (вынутые саморезы) фактически являются ФИ с настройкой на частоты в единицы герц. А ФИ имеет свойство «герметичности» (в данном случае, в смысле влияния на импеданс) для частот выше частоты настройки. Иными словами, характеристика импеданса будет практически идентичной в обоих случаях…»
В ЗЯ мелкие отверстия сработают как ПАС, а не как ФИ, и будут красиво свистеть. Характеристика импеданса корпуса ЗЯ с отверстиями НЕ будет «практически идентичной» герметичному ЗЯ, наличие дыр и щелей сразу «видно» на графике импеданса (Догадка: не потому ли у автора полная добротность была 1 вместо 1,22?) Особенно щелей боится ФИ.
«…но условие достаточной для нарушения «термопроцесса» вентиляции объема будет соблюдено.»
Имелось в виду, что отверстия несравненно ускорят выравнивание давления внутри корпуса при нагреве динамиком? Но это не влияет на адиабатический процесс на звуковых частотах: здесь играют роль лишь скорость изменения давления и теплопроводность воздуха. Процесс распространения звука сопровождается адиабатическим процессом и вне корпуса, в свободном пространстве.
«Как утверждают авторы, наполнение не дает теплу, выделяющемуся при сжатии, повысить упругость среды. Таким образом, снижается упругость воздушного подпора и понижается резонанс - все вроде бы логично. Тогда почему линейный ход при заполнении снижается, а не растет, как это происходит в большем объеме? АЧХ – следствие линейного хода – значит и она не равноценна?»
Очевидно, заполнение ЗПМ не равноценно физическому увеличению объёма, АЧХ также не равноценны.
(Пример не совсем корректен для рассмотрения в первой части статьи, но показателен как иллюстрация снижения линейного хода для демпфированного объема. В данном случае, требует особого рассмотрения не сам факт снижения линейного хода, который можно просто объяснить снижением добротности, а именно его частотная зависимость.)
Для закрытого ящика:
Для фазоинвертора:
Оба графика иллюстрируют доминирующее влияние уменьшения Qm как динамика, так и ФИ, вызванных внесением потерь от ЗПМ. Влияние изменения остальных параметров на данных графиках заметно слабо. Второй график вообще показателен. Он демонстрирует влияние внесённых потерь на разных частотных участках работы ФИ. Как видите, наиболее сильно влияет ЗПМ на добротность резонатора ФИ, что естественно: у него малы собственные потери и большая исходная добротность: 5…10 единиц.
Естественно, что в ФИ ЗПМ влияет на АЧХ сильнее, чем в ЗЯ, сильно уменьшая отдачу на частоте настройки ФИ и приближая его характеристики к ЗЯ. Это полезно, если ЗЯ дал «малабаса», а ФИ дал «многагула».
«Очень странным следует признать тот факт, что о снижении добротности упоминает только T.Nousiane. Упоминает вскользь, всего в одной строчке: «При создании системы на основе этих данных надо иметь в виду, что Qes и, следовательно, Qts закрытых боксов понижается». Чуть забегу вперед и скажу, что фраза выглядит некорректно – изменение механических параметров оформления прямо на электрические величины влиять не может. Она должна звучать примерно, как «…Qms, а, следовательно, Qes и, как следствие Qts- понижается» - разница, на самом деле, принципиальная. Но об этом позже. А так по всему видать, что он считает это уже заведомо ясным после объяснения сущности термопроцесса. Почему же пик резонанса (Z max) сильно снижается? Он же должен расти, а не снижаться - в ящике большего объема пик резонанса растет, сдвигаясь влево по оси частот - приближаясь к естественному резонансу в свободном пространстве - здесь же снижается, в зависимости от плотности заполнения. Как же этому помогает термопроцесс, призванный снижать, а не увеличивать упругость воздушного подпора?
Если механизм работы термопроцесса четко связан со снижением упругости среды, график импеданса должен выглядеть подобно:
На практике же он выглядит примерно вот так:
Если отсутствует рост Zmax – отсутствует увеличение гибкости – улучшилось, а не ухудшилось, механическое демпфирование - термопроцесс не работает. Эквивалентность эффекту «увеличения объема» отсутствует.
Это самый наглядный и простой критерий – для измерения достаточно вольтметра и генератора сигнала. Какие бы ни приводились косвенные доказательства обратного – без графика импеданса это только риторика. Зависимости параметров резонанса давно известны и наглядны:»
Автор сам доказал, что снижение механической, а через неё и полной добротности – основной и наиболее заметный результат при заполнении ЗПМ-ом, а потом удивляется падению Zmax…
«Попробуем теперь рассмотреть примеры сложнее, с формулами и без графиков.
Итак, представим ящик без заполнения. 50 Вт RMS, сигнал типа синус. Работа переменного тока по нагреву проводника определяется через действующую амплитуду напряжения (RMS). КПД данного динамика около 0.2%. Итого, на нагрев катушки идет примерно 49.9 Вт, а на полезную работу всего около - 0.1 Вт.
Посчитаем их отношение – почти в пятьсот раз мощность, выделяемая на катушке, больше полезной. И это с учетом, что трансформация энергии поршневого хода диффузора в тепло от сжатия якобы происходит с невероятным КПД - 100%, делает это строго как обещали: туда-обратно и без потерь, назло законам термодинамики.
Вопрос - почему в ящике без заполнения катастрофически не растет резонанс по мере выделения тепла катушкой? Это что, какое-то "другое" тепло, совсем не влияющее на упругость воздуха? Однако оно выделяется в 500 раз(!) интенсивнее, а значимого эффекта нет. Да и отводится оно значительно более медленно, нежели тепло от сжатия, причем тепло это черпается из того же источника – синтепона? Судя по отношению мощности, которая выделяется на катушке, к мощности, идущей на сжатие, рассматривать всерьез влияние последнего, совершенно не упоминая первого, почти немыслимо – в том же объеме блуждает в пятьсот раз больше энергии и никак не участвует в общем торжестве термодинамического процесса. Насколько же способна поднять температуру в ящике с несколькими литрами воздуха условная нагревательная спираль, мощностью 0.1 Вт (она же, по сути, мощность поршневого сжатия – закон сохранения/видоизменения энергии в чистом виде)? Для сигнала частотой 50 Гц, это должно произойти за 1/100 часть секунды, чтобы динамик "почувствовал" это, и резонанс снизился (или повысился, в ящике без заполнения) на 6 Гц?»
Опять в то же болото: смешаны в кучу два совершенно разных процесса.
«Иной пример, назовем его «подобным»: для 9 литров объема (9000 см3.) объемное смещение при 1 Вт мощности составит примерно 13 см3 (эффективную площадь диффузора (140) умножаем на смещение в этом объеме, на этой частоте и при этой мощности - около 0.9 мм).
Для мощности 100 Вт - уже в 10 раз больше - ход динамика около 9.5 мм. Таким образом, объемное смещение составит примерно 133 см3.
Отношение объемов: 9000 к 8987 (относительно изменение примерно 0.1%) и 9000 к 8867 (относительное изменение примерно 1%).»
Полезно будет узнать, на сколько же % изменяется внутренний объём ЗЯ при большой мощности и малом корпусе = посчитать нелинейность воздушной пружины для исходных данных из статьи.
9133/8867=1,03 => при 100 Вт нелинейность воздушной пружины составила ±1,5%, причём преимущественно это вторая гармоника. Какая будет нелинейность подвесов динамика с диаметром диффузора 14 см (рассчитано по площади, равной 140 см2) при амплитуде смещения 9,5 мм? Точно больше, и это будут преимущественно нечётные, зудящие гармоники. * О нелинейных искажениях, вызванных изменением других параметров динамика при амплитуде смещения 9,5 мм, здесь не упоминаю! * Интересно, что при уменьшении амплитуды в 2 раза нелинейность воздушного объема в ЗЯ уменьшится ровно в 2 раза, а нелинейность подвеса и другие зависящие от смещения нелинейности уменьшатся значительно сильнее.
«Теперь рассуждаем логически: поглощение выделившегося тепла заполнением в этом объеме позволило снизить резонанс на 6 Гц. Какие же еще средства имеются для достижения этой благородной цели?
Увеличение подвижной массы - добавление грузика. Легко проверить, что для получения аналогичного результата к исходным 20 граммам подвижной массы потребуется добавить примерно 4 грамма! То есть примерно +20%!
Увеличение объема ящика - снижение упругости воздуха. Легко проверить, что для этого нам необходимо добавить примерно 2.3 литра к исходному объему, то есть, примерно все те же 20%.
Очень показательный результат, логически ясный и понятный: объем и масса непосредственно связаны. Их влияние на резонанс прямое, не отягченное никакими побочными эффектами.»
Их влияния на частоту резонанса равны по силе и знаку, но их можно изменять независимо друг от друга.
«Сравниваем эффективности: «синтепоновые» 0.1% от изменения объема сжатием и поглощенное при этом тепло делают то же, для чего требуется целых 20% изменения массы/объема - разница опять более чем в 2 порядка. И снова отметим, что процесс якобы снова не будет зависеть от мощности.
Только представьте себе относительную эффективность данного процесса. Это примерно, как кинуть монетку в море и вызвать цунами – в двести раз(!) эффективнее влияния величин, напрямую влияющих на резонанс.
Задумайтесь и над другой аналогией: не будь этого мнимого (подразумеваемого) тепла от незначительного сжатия (эффект поглощения тепла синтепоном), 9-литровый объем был бы эквивалентен 11.3 литровому по давлению, или же воздействию на подвижную массу с тыльной стороны диффузора. Но получены были эти «лишние» 2300 см3 по критерию давления путем сжатия всего 13 см3. Но все изопроцессы по определению пропорциональны. Новое противоречие.»
Много раз перечитал, но глубину мысли не понял.
«Рассмотрим и другой аналогичный пример, его назовем «объемным». Напомню, что в случае незаполненного объема при мощности 100 Вт их отношение определяется примерно, как 9000 к 8867 (относительное изменение примерно 1%). * На самом деле 1,5% * Что дает фактическую "потерю" 6 Гц в сравнении с плотно заполненным объемом, где тепло, выделившееся в результате сжатия, поглощается.
Давайте вспомним, что сам синтепон сам тоже вытесняет объем и посчитаем все последовательно и по отдельности:
Для 100 Вт мощности в абсолютных цифрах:
1.Наполнение неплотное. Синтепон вытеснил примерно 0.5 литра из 9 исходных. Измеренное снижение резонанса составило 2 Гц.
Относительное изменение объема сжатия 8500 к 8367, а именно почти 1.56%
Резонанс при вытеснении такого объема поднялся бы примерно на 1.56 Гц.
2.Наполнение среднее. Синтепон вытеснил примерно 1 литр из 9 исходных.
Измеренное снижение резонанса составило 4 Гц.
Относительное изменение объема сжатия 8000 к 7867, а именно почти 1.66%.
Резонанс при вытеснении такого объема поднялся бы примерно на 3.2 Гц.
3.Наполнение плотное. Синтепон вытеснил примерно 1.5 литра из 9 исходных.
Измеренное снижение резонанса составило 6 Гц.
Относительное изменение объема сжатия 7500 к 7367, а именно почти 1.77%.
Резонанс при вытеснении такого объема поднялся бы примерно на 5 Гц.»
Заглянул в Гугл. Пишут, что синтепон из полиэтилентерефталата, и его плотность 1,38 г/см³. Тогда его вес в случае 3 составил 2,07 кг (!), а плотность заполнения – 230 г/л (!). Скажу просто: блок – в мусорку.
«Только сам факт вытеснения синтепоном воздуха поднимает резонанс едва лишь меньше, чем он снижается в итоге. Но мало того - отношение объемов сжатия растет - увеличение тепла от сжатия должно увеличиваться.
Странная получается зависимость: из «трубы», похоже, утекает едва ли не больше, чем в нее втекает. При наполнении с учетом «термотеории» должно наблюдаться не снижение, а рост резонанса!»
Какие вводные – такие и выводы. В мусорку.
«Тут необходимо пояснение по методике вычисления вытесняемого объема. Прессование материала в мерном объеме имеет, конечно же, определенную погрешность.»
Вместо взвешивания и деления массы на плотность автор трамбовал синтепон в мерный объём?
«Исходя из известной плотности х/б тканей, можно получить заметно меньшие цифры, которые, впрочем, ничего принципиально в данном примере не меняют.»
Ну да, менять нечего. Простить и забыть.
«Но вопрос здесь не сколько в точном измерении вытесненного объема (!), сколько в измерении объема воздуха, исключенного из взаимодействия (!). Подобно воздушному шарику, помещенному внутрь объема АС, «вытеснение воздуха» наполнителем не определяемо формально исходя только из его плотности. Фактическая же упругость полученной синтепон-воздушной смеси не может быть эквивалентна упругости составляющего ее воздуха, если этот «оставшийся» объем воздуха вычисляется именно как произведение плотности демпфирующего материала и его массы.»
После неверных предпосылок наконец-то поставлен правильный вопрос. Прямо как у Тома Нуисэйна: три таблицы неправильных результатов и – более-менее толковый (с примечаниями) вывод. Действительно, заполненный ЗПМ-ом участок объёма сразу за диффузором будет создавать аэродинамическое сопротивление потоку воздуха, проходящему через него. Следовательно, одним из влияний ЗПМ будет «частичное отключение» более удалённых от динамика участков объёма, что равносильно уменьшению гибкости!
«Минное поле парадоксов можно было бы продолжать вспахивать дальше, однако обратимся к другим авторам. Например, к кандидатской диссертации «Modeling of Horns and Enclosures for Loudspeakers» за авторством Gavin Richard Putland.
Эта объемная работа содержит и подробное описание модели демпфирования. На нее, но скорее, только на «провоцирующее» название определенных глав статьи, во времена их публикации в бюллетенях AES. Полный вариант диссертации тогда еще не был опубликован. Ибо сложно представить, как можно обращаться за подтверждением своих слов к документу, говорящему прямо противоположное (!) тому, о чем пишешь сам), как ни странно, прямо ссылается и проф. К. Никитин в одной из своих статей в журнале «Аудиомагазин», в очередной раз повествуя о загадочных термодинамических процессах. О чем же говорится в работе, которая, возможно, является первым столь подробным материалом по данной теме? Позволю себе процитировать выводы соответствующего параграфа: «Viscosity is the dominant mechanism of damping, thermal relaxation being of secondary importance». Дословно: «Вязкость – основной механизм демпфирования, термическая релаксация имеет вторичное значение».
Упомянутые здесь вязкость и термическая релаксация – свойства двухатомных газов, из которых, в основном, состоит воздух, а под демпфированием имелось в виду затухание звука в воздухе. Затухание звука в воздухе растёт с ростом частоты, на частоте 10 кГц в диапазоне температур 0…40°С и влажности 10…100% (то есть, в очень широких пределах) не превышает 0,34дБ/м и в комнате игнорируется (тем более в ЗЯ). https://ldsound.club/threads/primen...v-izgotovlenii-samodelnyx-as.2210/post-245497. Что же на самом деле говорится в данной статье о влиянии ЗПМ? Страница 91:
Перевод: «В этой главе показано, что присутствие волокна обеспечивает два основных механизма демпфирования: прямое вязкостное демпфирование движения воздуха и передачу тепла сжатия между воздухом и волокном.» «Тепло сжатия» и есть та энергия, которая выделяется при достаточно быстром сжатии воздуха, то есть, при адиабатическом процессе.
«Насколько вторичное, хорошо видно из графика в статье, учитывающего при моделировании те самые, идеальные условия для идеального газа:
Удивительно (ли?), но даже математическая модель процесса изотермического сжатия столь незначительно влияет на АЧХ, что графики с ним и без его учета практически неразличимы.»
А насколько оно должно было повлиять? Повторим симуляцию. Судя по графику, полная добротность динамика в ЗЯ около 0,7. Исходя из резонансной частоты в 36 литрах (около 50 Гц) и его размера 10” (данные из статьи, откуда рисунок), эквивалентная гибкость подвеса динамика - около 120 литров. Идём на поклон к программе JBL SpeakerShop, и просим её построить две АЧХ: в ЗЯ 36 литров и в ЗЯ 36*1,4=50 литров для таких исходных данных. Необходимая добротность фриэйр получилась 0,36.
Так и есть: разница - мизерна. Резонансная частота упала на 13,4%, частота среза по -3дБ – не изменилась, полная добротность упала с 0,7 до 0,62. Как видим, выше 40 Гц увеличение объёма в 1,4 раза не дало ничего, ниже 40 Гц – польза смешная. И сходный ЗЯ уже был оптимален, и увеличение объёма ему не требовалось. Теперь увеличим добротность фриэйр в 1,5 раза, до 0,54. Жёлтая кривая – в 36 литрах, голубая – в 50 литрах ЗЯ:
Резонансная частота упала с 52,0 Гц до 46,1 Гц (на 12,8%), частота среза по -3дБ упала с 40,7 Гц до 38,1 Гц (на 6,8%), добротность снизилась с 1 до 0,9. 50-литровый вариант немного, но выигрывает именно там, где надо. Здесь увеличение объёма – и полезно, и уместно. Вывод: ЗЯ – хорошее оформление, прощающее любителю многое 😊 Заметьте: снижение резонансной частоты динамика в ЗЯ само по себе малоинформативно, о чём я уже упоминал.
«Интересно посмотреть, а не изобретаем ли мы очередной велосипед? Прильнем, так сказать, к истокам: обратимся к русскому варианту библии для начинающих строителей акустики, учебнику «В.К. Иоффе, М.В. Лизунков «Бытовые акустические системы»: «Без заполнения процесс сжатия-расширения воздуха внутри адиабатический. Заполняя объем рыхлым звукопоглощающим материалом, можно сделать так, чтобы адиабатический процесс сменился на изотермический. В этом случае внутренний объем увеличивается в 1.4 раза» и, далее по тексту, «Вместе с тем, количество звукопоглощающего материала внутри ящика не должно быть чрезмерным, чтобы активные акустические потери внутри оформления не были значительными».
Сразу хочется спросить, а что в этом, а также во многих других подобных случаях, понимают авторы под понятием «увеличение внутреннего объема»? Откуда взялась такая точность: «в 1.4 раза»? Очевидно, что подразумевается совместное снижение добротности резонанса, параметрически эквивалентное уменьшенному объему – значит и пропорциональное».
Гамма есть отношение теплоёмкости идеального газа при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объеме, точное значение для двухатомного газа γ = 1,3987 (у Путланда), или просто 1,4 (для воздуха при 20°С, Википедия). Иоффе & Со имели в виду, что, если бы процесс полностью перешел из адиабатического в изотермический, то было бы получено увеличение гибкости внутреннего объема в 1,4 раза. На самом деле внесение ЗПМ в ЗЯ приводит к очень сложному эффекту: гамма (теперь это отношение теплоёмкости воздуха при реальном сложном процессе к теплоёмкости воздуха при постоянном объеме) получается между 1 и 1,4; причём гамма становится комплексной величиной (!), зависящей от частоты, температуры, влажности воздуха, типа материала, диаметра волокна, закона изменения плотности заполнения, геометрии ЗЯ...
«Для этого, правда, необходимо доказать эквивалентность изменения также и всех остальных параметров, коих у динамика совсем немало и все взаимосвязаны. Кроме того, эту эквивалентность необходимо доказать для всех частных случаев, или же доказать независимость эффекта от конкретных условий. Но этого никто и никогда не делал.
При проведении упомянутых ранее измерений уже выяснилось, что равная динамика снижения добротности и резонанса при заполнении не наблюдается и, предположительно, равное снижение является именно частным случаем. Я это еще докажу и объясню ниже. А пока получается, что, прицепившись лишь к одному параметру, можно сделать совершенно абсурдные выводы. Например, можно буквально привязать к диффузору килограмм, измерить резонанс и сказать, что для подобного снижения частоты резонанса потребовалось бы увеличивать объем бесконечно – вот только что даст подобная аналогия? В случае снижения двух параметров хотя бы логика присутствует, а без таковых – какой толк и какая логика?»
Всё так. Упрощение модели ЗПМ привело к ложным выводам. У Нуисэйна, Никитина…
«В случае же их диспропорционального снижения механизм снижения упругости тут же исключается из рассмотрения, как и понятие виртуального увеличения объема – померили, обнаружили, обосновали.»
…и Смирнова! Автор наступил на те же грабли упрощения модели ЗПМ. Он, в отличие от предыдущих авторов, решил усилием воли исключить влияние ЗПМ на гибкость внутреннего объёма. (Это – волюнтаризм! (С)). В жизни же всё очень сложно. В «Modeling of Horns and Enclosures for Loudspeakers» показано, что каждый элемент объема воздуха с ЗПМ (для точности их должно быть много: в статье – 25 и 50 штук) вносит в конкретный объём воздуха, в котором находится, гибкость, массу и механические потери одновременно, причем влияние конкретного элемента объема зависит от его положения относительно источника звукового давления: чем ближе к динамику, тем его влияние больше. Таким образом, влияние ЗПМ в точности не удастся передать в эквивалентной схеме динамика в АС ни как гибкость, ни как массу, ни как активные потери; ни по отдельности, ни попарно, ни тремя сразу; ни одним, ни двумя наборами этих элементов: ЗПМ есть распределённый элемент системы, параметры которого, в свою очередь, зависят от всего на свете. С панелью акустического сопротивления (ПАС) всё гораздо проще. При условии, что её материал имеет небольшой объём и не болтается вместе с воздухом, её эквивалентная схема состоит только из одного сопротивления потерь, разделяющего объёмы до и после ПАС. ( https://ldsound.club/threads/simuljatornaja-rabota-po-vlijaniju-pas-na-impedans.1896/)
«Несостоятельность теории совместного пропорционального снижения была бы очевидна уже после первого же измерения. Видимо, кому-то проще написать целую главу, чем один раз измерить.
Полистаем другие страницы…
Примерно аналогичный подход можно найти в очень известной книге Алдошиной и Войшвилло, где сначала вновь упоминается изотермический процесс, а затем, что ценно и показательно в нашем случае, дается очень доходчивый и подробный вывод, который я также процитирую:
«Заполнение закрытого корпуса приводит к увеличению КПД системы. Реальный выигрыш в КПД не превышает 15%...»
Вероятно, имеется в виду КПД на самых низких частотах. 15% = смешных +1,2дБ.
«…поскольку при заполнении возникают следующие эффекты, ослабляющие соответствующее возрастание КПД:
а) при заполнении возрастает гибкость воздуха в корпусе Cms, что приводит к уменьшению a в сравнении с закрытым корпусом.»
Не знаю, что такое а (опечатка? добротность?), и не понятны другие условия, при которых увеличение гибкости уменьшает КПД. Выше я уже показал, что увеличение гибкости может быть как полезно, так и вредно для ЗЯ (с точки зрения АЧХ). Для ФИ петрушка другая: увеличение гибкости внутреннего объема вызывает рост горба на частоте настройки ФИ, но вносимые ЗПМ-ом потери гораздо сильнее его садят.
«Возрастание Cms составляет не более 25%;»
Следовательно, реальное снижение резонансной частоты исключительно от увеличения гибкости было бы ограничено величиной 11,8%, если бы динамик имел безконечную гибкость подвеса, что невозможно. А так предел мечтаний – 9…10%. Снова смотрим https://baseacoustica.ru/istorija/47-zakrytyj-jaschik-polveka-istorii-i-bolshoe-buduschee. Предел 9% при тамошних параметрах ЗЯ и динамика был достигнут, плотность заполнения была невелика, так что это было (в основном) не влияние присоединённой массы. Если же получено снижение резонансной частоты более 10%, то можно утверждать, что задействованы два механизма: увеличение гибкости и присоединение массы.
«б) внесение заполнения вносит дополнительные потери энергии, что приводит к уменьшению механической добротности Qms, т. е. увеличению демпфирования и соответственно уменьшению КПД. Обычно громкоговорители в пустых корпусах имеют механическую добротность Qms=5…10, тогда как в заполненных Qms=2…5.;»
Нет вопросов, эти потери всегда надо учитывать.
«в) внесение звукопоглощающего материала может приводить к увеличению присоединенной массы подвижной системы за счет того, что часть материала, находящегося около тыльной стороны диффузора, начинает колебаться вместе с ним. Увеличение эффективной массы подвижной системы может меняться от пренебрежимо малых величин до 20%.»
Очень важный момент, которым действительно часто пренебрегают. Тут имеют значение: сам материал ЗПМ, его размещение и закрепление внутри ЗЯ. Ибо, закрученный в мелкие барашки холофайбер, листовой синтепон с прямыми волокнами и распушенная вата будут совершенно по-разному вести себя «в свободном полёте» сзади диффузора динамика: первый при плотной упаковке будет увлекаться потоком воздуха значительно меньше, сдерживаемый упругостью сжатых завитков. Два последних материала будут летать… И, если НЕ хотим добавить массы к диффузору, ЗПМ надо фиксировать сетками, прошивать матрасиками, прикреплять к стенам (где минимум движения воздуха, но те же перепады давления). Идеальна спечённая или склеенная эпоксидкой стекловата: её пошевелить воздухом очень трудно. Однако возникает ряд вопросов. Так ли вредна присоединённая масса в случае высокой частоты резонанса? Как она (масса) будет звучать? То, что полная добротность по мере заполнения ящика ЗПМ-ом монотонно спадает, означает, что, после нормирования по частоте, переходной процесс улучшается. Увеличение же длительности переходного процесса связано с понижением частоты резонанса; он будет более длительным и при снижении частоты увеличением объёма (при той же полной добротности).
«Эффект увеличения гибкости Cms при заполнении корпуса всегда (* выделено мной *) имеет положительное значение для разработчика, так как это позволяет уменьшить объем корпуса Vb, при сохранении граничной частоты F-3 и КПД, либо увеличить КПД при сохранении объема Vb и частоты F-3, либо снизить F-3 при сохранении Vb и КПД.»
Ну вот, началось . При каких параметрах ящика, динамика и ЗПМ, уважаемые? Опять при вдвое уменьшенном, относительно оптимального, объёме? Ну не может ЗПМ помогать «всегда», не может!
"Увеличение потерь, т. е. уменьшение Qms, проявляет свое отрицательное действие в уменьшении КПД, но этот эффект незначителен, так как может быть скомпенсирован увеличением КПД за счет увеличения гибкости подвеса Cms».
Противоречит пункту а)! Я не имею оригинала и не могу понять, кто нахомутал.
«Совершенно корректными следует признать лишь пункты «б» и «в», в то время как все остальное, в особенности часть с рекомендациями разработчикам – вызывает недоумение.»
Уже прокомментировал.
«Начнем с граничной частоты f3, выгодные манипуляции с которой, по словам авторов, вполне возможны при заполнении. Вновь обратимся к работе Gavin Richard Putland, где отметим следующий вывод:
«While the addition of fiber increases the output at infrasonic frequencies, it reduces the output in the bass rolloff region and does not lower the 3 dB rolloff frequency».
«Введение наполнителя увеличивает отдачу в области ИНЧ диапазона, но снижает отдачу в области резонанса и не снижает точку f3».
Судя по моим симуляторным картинкам от JBL SpeakerShop, так и было бы, если бы внесение ЗПМ не снижало добротность быстрее, чем частоту резонанса. Видимо, Путланд сильно обобщил результат, потеряв точность, ведь нет ни слова о параметрах динамика, ЗЯ и ЗПМ.
«Попробуем увидеть обещанный «рост КПД» и посмотреть, что же на самом деле происходит с граничной частотой. Все, кто хоть раз пользовался программами компьютерного моделирования, уже заподозрили неладное. И имеют на то все основания: обратим внимание на следующий график.
На этом графике вы можете наблюдать две кривые, которые моделируют поведение АЧХ динамика Eton 7-375HEX в ящике закрытого объема (около 12 литров). Динамик имеет такие исходные параметры, что его передаточная функция в оформлении заданного объема не содержит и следов передемпфированного (Qtc около 0.5) резонанса. Заметим, что точка f3 повышается при демпфировании в данных условиях. Сразу же отметим этот частный случай, который специально приведен мной первым. Ниже мы еще вернемся к этому примеру."
Какой смысл проверять работу ЗПМ на примере, где его добавление вредно? Путланд и Нуисэйн 100% имели в виду ЗЯ заниженного объёма и завышенной добротности, где ЗПМ полезен. У меня вот так ( https://ldsound.club/threads/rft-kompaktbox-b-9251.813/post-176724)
То есть, частота среза по -3дБ по мере заполнения сначала упала на 1 Гц, потом – вернулась назад; ИНЧ добавились, но незначительно; горб АЧХ сел ощутимо: -1дБ = -12% полной добротности. Ящик был тесный, полная добротность была под единицу (* АЧХ моего измерительного тракта имела специфический подъем на НЧ, что я выловил уже после измерений. https://ldsound.club/threads/rft-kompaktbox-b-9251.813/post-176325, вторая картинка. То есть выброс АЧХ АС на самом деле был на 1,2…1,5дБ меньше изображённого *). Основным эффектом от заполнения было исчезновение звука тамбурина при ударе пальцем по диффузору НЧ динамика (значительно ослабли стоячие волны внутри корпуса), а уменьшение бубнения было еле заметно.
« А теперь вспомним, что такое КПД динамика по определению (по Р. Смоллу): величина, пропорциональная кубу граничной частоты и объему корпуса. Демпфирование действительно эту частоту повышает, гарантируя… рост КПД согласно этой формуле. Но какое отношение КПД имеет к увеличению глубины баса? Или с формулой, или математической моделью что-то не то?
Вот этот же динамик, измеренный в безэховой камере собственной лаборатории крупнейшего европейского производителя динамиков для акустических систем «Eton GmbH». Измерение выполнено по моей просьбе главным конструктором и руководителем исследовательского направления, профессором Д. Хофом.
На графике совершенно четко видно общее снижение чувствительности АС на величину до 0.8 дБ. Некоторый рост отдачи действительно наблюдается в ИНЧ области, но это объясняется исключительно снижением добротности резонанса: кривая спада (в линейном масштабе – прямая) становится более пологой. Обязательно будет и точка пересечения с более высокодобротной прямой, затухающей интенсивнее. В данном случае, ощутить «прибавку» на басу силой в доли дБ на частотах ниже 30 Гц вряд ли можно. Это ли нам обещали? А вот чувствительность к спаду отдачи в диапазоне 50…300 Гц прогнозируема с трудом.»
Посмотрим на формулу целиком и попробуем осознать ее физический смысл:
где no=КПД
kn= константа
f3= граничная частота
Vb=внутренний объем АС
Главный параметр в этой формуле – граничная частота: КПД зависит от ее куба.
Удостоверимся в справедливости этого выражения:
Как видно, подобная зависимость выброса АЧХ на частоте механического резонанса, вызванного уменьшением объема корпуса Vb, характеризуется величиной КПД. Выше КПД – больше выброс. С увеличением полной добротности в оформлении увеличивается как частота резонанса, так и крутизна спада АЧХ – следовательно, становится выше и граничная частота.
Так что же такое КПД? По определению, это отношение мощности, подведенной к мощности полезной. Интеграл звукового давления по частоте – площадь под кривой АЧХ в области резонанса – единственная характеристика КПД динамика в области поршневого режима. Обратите внимание на самый «эффективный» график АЧХ – правый. Граничная частота равна примерно 100 Гц, выброс на АЧХ (с пиком в районе 170 Гц) – почти +5 дБ, результирующая добротность более 1.6. Все правильно – КПД такого резонанса действительно высок («горб» занимает почти всю октаву), но какой бас вы ожидаете услышать от этого динамика, имеющего спад АЧХ по уровню -3дБ уже на 100 Гц? Все дело в том, что частоты не равноценны друг другу. Именно поэтому масштаб принят логарифмическим. Самый важный диапазон – низкочастотный, тут счет «линейности» идет на герцы, в то время как на ВЧ даже целая октава порою не так важна. И чем выше по оси частот – тем менее важная там живет октава. Вся путаница, очевидно, взялась от полного непонимания понятия КПД применительно к особенностям ЧХ громкоговорителя. Согласно этой формуле, динамик с ровной АЧХ «как из учебника», результирующей добротностью 0.707, спадом -3дБ на 56 Гц, будет менее эффективен, чем тот же динамик в меньшем корпусе с параметрами резонанса Qtc=1.6 и граничной частотой 100 Гц. Парадокс: баса больше – эффективность меньше. На самом деле никакого парадокса нет: этот КПД характеризует только сам резонанс. В случае его демпфирования внесение активных потерь лишь снижает КПД: отдача в окрестности резонанса не может стать больше. Это факт от частоты не зависящий.»
В теории Тилля-Смолла нет ЗПМ, и говорить об изменении КПД при внесении ЗПМ, глядя на их формулы – некорректно. О графике (в который раз): не надо добавлять ЗПМ в ЗЯ с добротностью 0,5.
«Нельзя поставить фильтр воздуха в систему питания автомобиля и получить турбонаддув. Фильтр создает сопротивление (вносит потери), подобно синтепону.
Попутно отметим, что увеличение пологости спада АЧХ из-за снижения добротности действительно может увеличить отдачу в области СНЧ… на доли дБ. В то же время завал в этой области может составить уже целый десяток дБ. Это что-то типа бугорка на дне пропасти: сюда не стремятся альпинисты. Не гоже стремиться и разработчикам АС. Случаи, когда увеличение отдачи за счет снижения добротности имеет значение, рассмотрим позже.
Иными словами, формула действительно справедлива и характеризует механический резонанс системы, но она не учитывает значимость частоты, на которой он происходит. А уместность ее использования в случае определения эффективности демпфированного объема вообще сомнительна. Подобные манипуляции с математическими величинами и их местом в сознании обывателя, часто являются предметом чьего-то заблуждения или даже спекуляций.»
Всё правильно, плавный переход к описанию спекуляции от фирмы «KEF»!
«К слову говоря, мне прислали любопытнейший пресс-релиз фирмы «KEF» под громким названием «Технологический прорыв в области громкоговорителей. Революционная технология ACE делает возможным получение глубокого баса от динамиков скромного размера». Пресс-релиз датирован началом 2004 года. Если кратко сформулировать суть, то инженеры KEF оборачивают структуру динамика бандажом из неплотной ткани с наполнителем на основе активированного угля.
В тексте встречаются фразы типа «адсорбция молекул воздуха», тут мы прочитаем про «увеличение мнимого объема АС в три раза» (ого, новая цифра!), «снижение упругости среды» и так далее… Упомянуты даже современные форматы записи SACD и DVD-A, в контексте того, что им-де нужен как можно более широкий частотный диапазон (sic!). Процитировать себе позволю лишь один абзац, самый главный.
«Увеличение мнимого объема в три раза равносильно:
1)30% (более трети октавы) снижению граничной частоты в области баса, при сохранении чувствительности и реального объема.
2)Более чем 4.8 дБ увеличения отдачи при сохранении граничной частоты и объема;
3)Снижение реального объема корпуса на 2/3 при сохранении граничной частоты и чувствительности».
Конечно же, вся эта болтовня рассчитана на блондинок в джазе определённый контингент. Числа вообще отфонарные и нереальные. Хорошо, что мы знаем, что внутри, от начинки и спляшем.
«Удивительно что-то напоминает! Не иначе, как вышеприведённый текст за авторством Войшвилло и Алдошиной. Оба этих вывода потому так похожи, так как содержат в основе формулу вычисления КПД резонанса все ту же формулу, предложенную Р.Смоллом. Давайте посмотрим на график, может быть инженерам «KEF» действительно удалось чудо?
Так вот он какой: «революционный синтепон», вид в профиль: подобные варианты панелей акустического сопротивления известны не одно десятилетие и даже используются многими производителями, например «Morel». Кстати, ACE - аббревиатура от «Acoustic Compliance Enhancement» - то есть именно увеличение гибкости было нам обещано. Увеличивается ли в этом случае гибкость, мы тоже проверим. Хотя уже сейчас ясно, что если и увеличивается, то как-то совсем не так, как в случае с увеличением объема: смотрите на график импеданса.»
Картинка от KEF – симуляторная. В зелёном эллипсе (300…600 Гц) неравномерность АЧХ равна 0дБ, без дрожания. В красном эллипсе серая кривая «не сошлась» с оранжевой на частоте 20 Гц (и не должна была, в общем), и её загнули вниз вручную.
Резонансная частота упала с 92 Гц до 80 Гц, или на 15%. В https://baseacoustica.ru/istorija/47-zakrytyj-jaschik-polveka-istorii-i-bolshoe-buduschee ребята засЫпали пол-объема ЗЯ древесным углём, прежде чем получили снижение резонансной частоты на 6%. У KEF угля – кот наплакал, поэтому, даже учитывая его размещение (максимально близко к диффузору), его влияние на частоту резонанса за счёт увеличения гибкости не превысит 2...3%. Следовательно, 12…13% понижения резонансной частоты произошло за счёт добавленной массы! АСЕ – рекламный развод. Простите, KEF.
«А еще приложите к графику линейку и постарайтесь понять, каким чудесным образом снижают инженеры KEF точку f3 на целых 30%. Или график не тот, или выводы не для него. А вот приложив линейку на уровне -10дБ, можно найти и снижение «граничной частоты» и «увеличение отдачи». Только вот «граничная частота» эта какая-то особенная, не из той формулы, что в пресс-релизе, да и «увеличение отдачи» ими тоже понимается несколько по-своему. Динамик, кстати, для иллюстрации использован специфический: его резонанс в закрытом объеме достаточно высок при нормальной добротности – параметрически он предназначался для ФИ. Поэтому в данном случае эффект от наполнителя может быть только негативным.»
О рекламе фирмачей больше не буду. По динамику: если верить нарисованному графику, то динамик засунули в очень тесный для него объём: добротность, согласно оранжевой кривой (АЧХ), около 1, и ФИ ему противопоказан. А ЗПМ – показан под любым соусом, Смирнов не прав.
«Выслушаем другие мнения. Например, известного в Сети разработчика Джона Кресковского. Посмотрим, что он пишет в своей заметке «A Brief Study of the Effect of Over Damping Vented Boxes» - «Краткое изучение эффекта избыточного демпфирования фазоинверторных оформлений». Заодно проиллюстрируем эффект демпфирования ФИ.
Вот график, который построил Джон:
Верхняя кривая серого цвета – ФИ оформление без демпфирования. Нижние две – серая и синяя - практически идентичны. А ведь это тот же динамик в закрытом ящике, и он же в ФИ, но при избыточном демпфировании оформления. Найдите различия. Очевидно, что плотное наполнение вообще сводит на нет эффект от применения ФИ. Один из выводов статьи гласит, что несмотря на укоренившееся ныне поветрие плотно набивать корпуса ФИ, эта процедура хотя и может дать возможное улучшение для плохо спроектированных или неправильно настроенных оформлений, но это совершенно бессмысленное и даже вредное занятие, если оформление изначально было выбрано правильно.
«It seems to be a common belief today that vented enclosures should be lined with heavy damping material of one kind or another. While this procedure may be of some benifit to poorly designed, or improperly tuned systems, it should be unnecessary if proper design procedures are followed. »
График и выводы адекватны. ФИ и гора ЗПМ – несовместимы.
«Вновь вернемся к теме демпфирования закрытых ящиков, возможно хотя бы тут есть какой-то толк.
Стоит также отметить публикацию М.Эфрусси ( http://www.diy-audio.narod.ru/litr/efr.djvu ) «Акустическое оформление громкоговорителей», 1962 год (sic!). Относительно метода акустического демпфирования там сказано: «Акустическим методом он называется потому, что связан с излучением звука, так как демпфирование получается при помощи звукопоглощающего пористого материала, вносящего активное сопротивление, т. е. потери, в слой воздуха, колеблющийся вместе с диффузором. Таким образом, через колеблющийся воздух затухание вводится во все звенья механико-акустической системы громкоговорителя». Далее проще почитать по приведенной ссылке, там и АЧХ есть, которая аж на 15 дБ затухает в районе резонанса при демпфировании и влияние на форму сигналов показаны, в сравнении.»
Эфрусси акцентировал внимание на свойстве ЗПМ вносить потери, остальные два свойства – гибкость и масса – при рассмотрении ЗПМ в качестве ПАС его не интересовали.
«Есть и недостатки. Снижение искажений в НЧ области объяснено благотворным влиянием демпфирования, а не общим снижением хода диффузора, что неверно. А также нету ни слова о присоединенной массе. Сказано, почему-то, не об ухудшении, а об улучшении переходных процессов – автора ввели в заблуждение опять же, осциллограммы.»
Не скачивается, не вижу.
«Но при всем этом НИ СЛОВА про термопроцессы не сказано, а, в общем и целом, уже на момент 1962 года дана не только достаточная теоретическая база, но и формально приемлемые практические рекомендации. Что же произошло за эти двадцать лет, что столкнуло авторов подобных опусов с пути истинного? Кстати, в тему переходных процессов.
До определенного момента виновником «усушки» баса при демпфировании я считал спектр кумулятивного затухания. Поглощение энергии резонанса, как мне казалось, должно было сказаться на снижении времени затухания колебаний. Тем более, что это хорошо согласовывалось и со слуховыми ощущениями. Однако практика вносит свои коррективы. Я понял это, ознакомившись с практическими измерениями:
С наполнителем:
Без наполнителя:
Я не увидел разницы. Может и есть, 1дБ на таких рисунках не увидать.
«Ознакомимся с измеренными параметрами резонанса динамика в оформлении: (* Для наглядности я добавил в таблицу столбец с процентным изменением параметров *)
Пожалуй, самое интересное во всей статье. Огромная добавка присоединённой массы +35% (против +20% максимум у Алдошиной) и уменьшение гибкости вместо её увеличения, прогнозируемой всеми авторами, кроме Смирнова, говорят о том, что автор значительно превысил оптимальное значение плотности заполнения. Полученные данные заставляют задуматься: полезно ли плотное заполнение, если мы хотим максимально снизить полную добротность? Не лучше ли применить для этого ПАС с сосредоточенными параметрами?
«Обратите внимание, что затухание без поглотителя происходит несколько быстрее. Ничего удивительного – работает эффект возрастания подвижной массы (к ней добавилось более трети). Аналогичный эффект можно получить, например, прицепив грузик к диффузору. В данном случае, возросшая масса «проиграла» присоединенной массе синтепона по добротности резонанса, но масса «победила» в соревновании на скорость кумулятивного затухания. В случае исходно «тесного» объема результат может несколько измениться в сторону увеличения.
В таблице хорошо видны процессы, сопутствующие снижению общей добротности резонанса. Заметное снижение Zmax (высшая точка горба импеданса), повлекло снижение механической добротности более чем на 30% - механическое демпфирование улучшилось.
Но его влияние на общее демпфирование системы составило всего около 10%. Самое интересное ждет нас дальше: хорошо видно снижение гибкости, которой не помогла даже существенно увеличившаяся подвижная масса – а добавилось, повторюсь, более 6 граммов. Но наиболее заметная характеристика – показатель потерь в подвижной системе Rms – его увеличение наиболее значимо – потери возросли почти в два раза. В общем-то, ничего неожиданного в измерениях нет. Если, конечно, не соотносить результат с вышеупомянутыми обещаниями увеличения гибкости, снижения граничной частоты, виртуального увеличения объема и прочей научной фантастики.»
Его Величество Эксперимент дал определённый результат, при данных исходных параметрах. При другом наборе исходных параметров результат был бы иной, возможно, с противоположными выводами. К сожалению, автор не провёл даже пары измерений с разной плотностью заполнения. Полученный в одной точке результат его устроил, и он уже готов огласить итоги.
«Попробуем подвести предварительные итоги на основе вышеприведенной информации:
Эффект наполнения АС поглотителем вызван двумя основными причинами.
Первая по значимости - снижение добротности механического резонанса. Объясняется это работой, которую вынужден совершать воздух, колебля массу поглотителя, или же преодолевая сопротивление бандажа ПАС.
Этот процесс хорошо виден на графике импеданса. Улучшение механического демпфирования вызывает перераспределение долевого вклада Qes и Qms в полную добротность динамика - Qts. Роль Qms увеличивается – общее демпфирование возрастает (Qts численно снижается).»
Главное влияние – падение механической добротности динамика, согласен.
«Второе важное следствие – фактическое увеличение подвижной массы динамика, вызванное совместным колебанием части наполнителя внутри АС. Это, как хорошо видно, приводит и к заметному снижению резонанса подвижной системы. Вне рамок модели Тиле-Смолла и этого материала находится важный эффект снижения паразитных переотражений волн в области СЧ, длина которых оказывается кратной внутренним размерам АС.
Эффект от введения наполнителя можно лишь с большой натяжкой назвать «виртуальным увеличением объема». Несмотря на практически достижимое при внесении наполнителя снижение добротности и резонанса, АЧХ такой системы никак не станет эквивалентной АЧХ того же динамика в большем объеме с теми же характеристиками резонанса. Это легко проверить как моделированием, так и практикой.»
Вспомните начало статьи, где особое внимание я просил обратить на отсутствие пропорции в совместном снижении резонанса и добротности. При демпфировании основным является процесс расходования энергии резонанса на преодоление потерь, в то время как присоединенная масса, наоборот, способствует накоплению энергии.»
Вторично согласен!
«В случае же реального изменения объема изменение величин Fc и Qtc практически пропорционально. Кроме того, механизмы изменения добротности и резонанса совершенно противоположны: резонанс действительно будет пропорционально понижаться из-за снижения упругости воздушного подпора, а общее демпфирование резонанса системы будет увеличиваться из-за снижения вклада механической составляющей.
Но и сама пропорциональность снижения параметров ни о чем не говорит. Подобный критерий в оценке влияния заполнения на снижение добротности и резонанса, может сыграть злую шутку с тем, кто попытается оценивать по отдельным формальным показателям эквивалентность результата заполнения объема его фактическому увеличению. Как следствие, можно предположить отсутствие потерь и вновь заговорить о влиянии термопроцесса, эквивалентности АЧХ демпфированного и не демпфированного объемов и так далее.»
Правильно, а можно не довести эксперимент до логичного завершения (построение графиков зависимости гибкости, массы и частоты от плотности ЗПМ), и на основании такого эксперимента отрицать позитивное влияние ЗПМ на гибкость внутреннего объёма.
«Рассмотрим, для наглядности, два примера для динамика со следующими характеристиками добротности резонанса: Qms=6.6, Qes=0.31, Qts=0.3.
Представим, что динамик поместили в предельно малый, даже «тесный» для него объем (Qms=7.2, Qes=1.42, Qts=1.18) – в этом случае, ощутимое влияние на общую добротность системы будет оказывать именно механическое демпфирование. А синтепон способен значимо влиять на характеристики резонанса системы только через рычаг механического демпфирования. Рассмотрим обратный случай - если динамик находится в слишком большом ящике, где электрическое демпфирование приблизилось к своему исходному значению (Qms=6.1, Qes=0.42, Qts=0.39). В этом случае влияние синтепона на частоту резонанса будет аналогичным (присоединенную массу никто не отменял), а вот эффект снижения полной добротности будет выражен заметно слабее – вклад механического демпфирования в общую добротность теперь существенно отстает от электрического. Отмечу, что положительный эффект от использования синтепона, очевидно, будет прямо пропорционален результирующей добротности конкретного оформления.
На практике эти два случая иллюстрируют примеры с динамиком “Scan Speak”, для которого 8 литров довольно тесны (Qtc=1) и «Eton» - которому слишком легко дышится в 12 литрах – Qtc=0.58. Снижение добротности у первого почти двукратно обгоняет снижение резонанса, при примерно аналогичной относительной плотности заполнения. В случае Eton – снижение резонанса почти «догнало» снижение добротности. Если говорить точнее, то именно добротность «поддалась» и скорость сбавила.»
Плюсую.
«Нет ни малейших сомнений, что при дальнейшем увеличении объема корпуса, динамика снижения добротности сравняется, а затем начнет и отставать от скорости снижения резонанса.»
При каких остальных параметрах системы, в первую очередь – при какой плотности заполнения ЗПМ? У меня есть сомнения.
«Но на практике столь низкодобротные корпуса исключены, как и необходимость их заполнения: добротность и так исходно низкая, ее снижение только усугубит завал АЧХ.»
Фух! Наконец-то…
« Существует, и даже была упомянута в первой части статьи, еще одна особенность измерения, которая может смутить неопытного исследователя. Если вы захотите практически исследовать влияние увеличения объемного смещения диффузора на резонанс и значительно увеличите мощность сигнала, результат будет несколько неожиданным: добротность в оформлении увеличится, резонанс – снизится. Выделение влияния механизма нагрева от сжатия и в таком случае будет невозможно вне зависимости от точности измерений: дело в том, что при увеличении объемного смещения изменяется подвижная масса системы - увеличивается масса присоединенного воздуха. Самая близкая аналогия – все тот же грузик на диффузор.»
Опять налицо непонимание процесса нагрева воздуха в ЗЯ динамиком.
«Конечно же, истинная природа работы заполнения никаким образом не связана со сложными термопроцессами, суета вокруг которых доводит некоторых до фантазий, например попытки классифицировать качество наполнителя по «эффективности теплоотвода», выраженную через «отношение площади поверхности к объему». Нечто подобное, если даже вообразить справедливость термопроцесса, действительно будет иметь ценность, но только при условии, что таких «комочков» внутри не более десяти штук и они висят в воздухе. Но что произойдет при количественном увеличении объема наполнителя, иначе говоря, каким образом учесть их взаимодействие - сваливание и деформацию комочков ваты при плотном наполнении? Как соотнести подобные «кусочные» наполнители с другими сортами апериодической нагрузки, не требующими наполнения вообще – отверстия в корпусе АС или акустическое сопротивлением, выполненным прямо на корзине динамика?»
Риторика, не подкреплённая логично законченным экспериментом, в расчет не принимается.
«Безусловно, говоря о самом наполнителе, необходимо учитывать качество демпфирующего материала и его способность оказывать сопротивление воздушной массе. Среди аналогичных материалов единственным разумным критерием является лишь цена. Как показывает мой опыт, одинаковые по массовым долям наполнители схожего качества дают совершенно идентичный результат (пример с ватой и синтепоном рассмотрен в начале статьи).
Для уверенного обращения с наполнителем вполне достаточно практического опыта, при наличии минимума теоретических знаний. Раз уж стройной теории апериодической нагрузки до сих пор не создано и математическое моделирование результата возможно лишь отчасти…»
Так Путланд в помощь! Только не путать параметры газа и ЗПМ!
«…достаточно обобщить для себя главные выводы и пользоваться ими по мере необходимости. А выводы будут примерно такие:
Выводы:
Внесение наполнителя не увеличивает КПД и в общем случае не расширяет АЧХ в область низких частот, равно как и не позволяет отодвинуть граничную частоту. Наполнение также не увеличивает гибкость подвижной системы и не позволит вам получить много баса из ничего – словом, не делает того, что обещают другие. Это только что было измерено и доказано множеством способов.»
По КПД: зависит от параметров системы. Небольшое увеличение ИНЧ при удачном сочетании параметров возможно. Так, в https://ldsound.club/threads/rft-kompaktbox-b-9251.813/post-176724) без особых стараний, с болтающейся сзади ватой, с грубыми шагами увеличения количества ЗПМ получено где-то +0,3дБ на частоте 50 Гц, с тенденцией увеличения при падении частоты. Конечно, хочется больше. Но столько, сколько обещано в старых статьях, нету и не будет, это точно. По расширению диапазона: точно то же самое. По гибкости: надо было провести полный эксперимент. Про «многабаса» - в точку 😊. Об "измерениях и множестве способов" – судите сами.
«Использовать эффект во благо возможно лишь для оформлений, добротность которых значительно выше баттервортовских 0.707. Для иных типов оформления внесение наполнителя формально даст лишь отрицательный эффект.
Как и в случае с ФИ, который проиллюстрировал ранее Джон Крестовский, с помощью наполнителя мы получаем возможность лишь исправить конструктивную ошибку. Частный случай такой ошибки - отклонение от гладкой АЧХ, что неизбежно в высокодобротных системах. Оптимально подобранное количество наполнителя сглаживает выброс на АЧХ и позволяет получить более пологий спад характеристики в области резонанса. Рассмотрим такой случай подробнее:
Красная кривая на графике – передаточная функция высокодобротного оформления. Хорошо виден выброс на резонансе и относительно быстрое затухание.
Зеленая кривая – то же оформление уже с плотным демпфированием. Выброс сглажен, а затухание происходит более плавно из-за снижения добротности. Граничная частота в этом случае осталась почти прежней, значимо не увеличившись. Однако с учетом передаточной характеристики салона действительно становится возможным положительно использовать эффект снижения скорости затухания на практике. Не исключено, что это даже можно услышать.
А вот синяя кривая – это ящик большего объема без наполнения, добротность резонанса которого эквивалентна первоначальному объему с наполнением. Заметно не только ощутимое возрастание отдачи во всем диапазоне, но и снижение граничной частоты. Уже можно уверенно утверждать, что ни о какой эквивалентности этого объема хорошо задемпфированному меньшему речи идти не может.
Наполнитель - специализированный инструмент трансформации АЧХ. Его действие не аналогично увеличению объема и скорее может быть названо «полумерой», применимой в тех случаях, когда для получения похожего эффекта переделывать оформление не представляется возможным, но хотелось бы получить компромиссную АЧХ в обмен на побочный эффект увеличения подвижной массы с сопутствующим ухудшением переходных процессов.»
Кроме «ухудшения переходных процессов» – согласен. Переходной процесс полностью описывается добротностью системы (после нормирования по частоте), а внесение ЗПМ монотонно снижает полную добротность.
"Также можно утверждать, что внесение наполнителя позволяет значительно изменить характер баса практически вне зависимости от исходного объема. Вполне возможно, что найдутся ценители и «нестандартных» оформлений с «критическими» добротностями. Но и в этом случае физическое увеличение объема ящика будет все равно значительно эффективнее.
В качестве положительного побочного эффекта наполнитель поглощает маломощные переотражения в области средних частот. Это можно назвать полезным для среднеразмерных динамиков, воспроизводящих СЧ диапазон, но практически бесполезно для сабвуферов. В то же время использование наполнителя для этих целей не всегда рационально - преследуя только цель снижения внутренних переотражений в СЧ диапазоне, вы обретаете значительное количество побочных эффектов. Разумно прибегнуть к другим способам рассеяния энергии стоячих волн – например, избегать параллельных стенок, использовать рельефные рассекатели и подобные конструктивные меры.
Согласен.
Смирнов С.Д. Москва, 2006.
Благодарю за участие в обсуждении темы участников конференции «Блюзмобиль», лично А.Юренина, М. Бугарю, В.Луханина. |
. Лучше?- лучше это как?
docs.yandex.ru
