Панель Акустического Сопротивления (ПАС)
Разведка на симуляторе возможностей ПАС в плане уменьшения полной добротности СЧ динамика, основанная на оценке входного импеданса модели системы, состоящей из конусного динамика, Закрытого Ящика (ЗЯ), ПАС1 с переменным акустическим сопротивлением внутри ЗЯ, и ПАС2 с переменным акустическим сопротивлением в стенке ЗЯ. Изменяя акустические сопротивления ПАС1/ПАС2 и соотношение объёмов перед/после ПАС, получим следующие модели: щит или Открытый Ящик (ОЯ), ЗЯ, щит/ЗЯ с ПАС1 в окнах корзины, ЗЯ с ПАС2, ЗЯ совместно с ПАС1 и ПАС2. Модель с ЗЯ может содержать или не содержать потери на заполнение. Объём ЗЯ можно варьировать. Для каждого варианта будет подобрано оптимальное акустическое сопротивление ПАС по критерию максимально ровной ФЧХ импеданса, что примерно эквивалентно минимальной высоте горба входного импеданса при максимальной его ширине. Широкая рабочая полоса снизу будет второстепенным критерием (у нас СЧ динамик). Схема замещения динамика (СЗД) упрощена в связи с тем, что рассматриваемые частоты находятся в области ниже электромеханического резонанса, где индуктивностью звуковой катушки (ЗК) можно пренебречь, и схожа с СЗД 15ГД-11, представителя конусных СЧ.
Опорная схема для симуляции имеет вид
где
- Eg – источник напряжения;
- Rg=0,1 Ома – сопротивление источника, служащее датчиком тока для вычисления входного импеданса;
- Re=7,5 Ohm – активное сопротивление ЗК;
- Cmas=180 мкФ – ёмкость, эквивалентная массе подвижной системы динамика;
- Res=40 Ом – сопротивление, эквивалентное механическим потерям в подвижной системе динамика (зависимость обратно пропорциональная!);
- Lcas=10 мГн – индуктивность, эквивалентная гибкости подвеса динамика;
- Lcab_1=0,5 мГн – индуктивность, эквивалентная гибкости объёма воздуха между диффузором и корзиной диффузородержателя, её значение выбрано в размере 1/20 от Lcas;
- Reb_1 – сопротивление, эквивалентное активным потерям в заполнении объёма между диффузором и корзиной диффузородержателя. Отсутствию потерь соответствует номинал 1000 Ом;
- Rel_1 – сопротивление, эквивалентное акустическому сопротивлению ПАС1 (зависимость обратно пропорциональная!). Отсутствию сопротивления соответствует номинал 1000 Ом, герметично закрытой корзине соответствует 0 Ом;
- Lcab_2=10мГн - индуктивность, эквивалентная гибкости объёма воздуха в ЗЯ, исходно выбрана равной Lcas;
- Reb_2 - сопротивление, эквивалентное активным потерям в заполнении объёма ЗЯ. Отсутствию потерь соответствует номинал 1000 Ом;
- Rel_2 - сопротивление, эквивалентное акустическому сопротивлению ПАС2 (зависимость обратно пропорциональная!). Отсутствию сопротивления соответствует номинал 1000 Ом (ОЯ), герметично закрытому ЗЯ соответствует 0 Ом.
Кривые импеданса для ОЯ, ЗЯ (Rel_1=1000 Ом; Rel_2=0 Ом) и герметично закрытой корзины (Rel_1=0 Ом; Rel_2 – безразлично, вариант в дальнейшем не рассматривается) приведены ниже.
ОЯ плюс ПАС1
Начнём с варианта ОЯ+ПАС1 непосредственно в окнах корзины. Для него Rel_1=variable, а Rel_2=1000 Ом. Семейства для некоторых значений приведены на рисунках ниже, вертикальный масштаб разный.
Rel_1=250; 64; 24 Ома – безнаказанное уменьшение механической добротности:
Rel_1=12; 8; 5 Ом– наметилось увеличение резонансной частоты:
Rel_1=4; 3; 2 Ома. Истина где-то здесь.
Смотрим ФЧХ импеданса для последнего набора значений Rel_1. Резонансные частоты (по пересечению оси 180°, так захотел Мультисим) указаны вертикальными отрезками.
Оптимальным можно считать Rel_1= 2,8 Ома, получены: максимум горба импеданса 10,2 Ома; резонансная частота 150 Гц; максимальная девиация ФЧХ -10,5°. Критерием получения слишком мощной (не продуваемой) ПАС следует считать потерю симметричности кривой импеданса/фазы, совпадающую с прыжком резонансной частоты вверх.
ЗЯ плюс ПАС1
Серия картинок с оптимальной для ОЯ ПАС1 в ЗЯ без заполнения разного объёма. Тут Rel_1=2,8 Ома; Rel_2=0 Ом. Внутренние объёмы ЗЯ равны 1; ½; ¼ от эквивалентного объёма динамика (Lcab_2=10мГн; 5мГн; 2,5мГн соответственно).
Как видим, даже в последнем случае импеданс неплохой, несмотря на неоптимальное значение Rel_1 и отсутствие заполнения! Заполним ЗЯ ЗПМ настолько сильно, чтобы механические потери возросли вчетверо относительно ЗЯ без ЗПМ и без ПАС1. Для ЗЯ с объёмом, равным эквивалентному, это будет соответствовать Reb_2=10 Ом, а максимум импеданса составит 16,5 Ом. Картинки для Rel_1=2,8 Ома; Rel_2=0 Ом; Reb_2=10 Ом:
Кривая импеданса потеряла симметричность. Оптимальные значения Rel_1 в данном случае определить трудно, я получил значение около 4 Ом для всех объёмов, а сам результат относительно предыдущих Rel_1=2,8 Ома поменялся мало.
Итак, при эффективной ПАС1 появление за ней ЗЯ, с сильно изменяющимся объёмом, с заполнением или без, достаточно мало влияет на механическую добротность динамика.
ЗЯ плюс ПАС2
Теперь удаляем ПАС1 из окон корзины (Rel_1=1000 Ом) и ставим ПАС2 (Rel_2=variable) в стенку ЗЯ разного объёма. Нахожу оптимальные значения Rel_2 для случая без заполнения ЗПМ.
Для случая V=Vэ имеем:
Оптимальное значение Rel_2 по ФЧХ - 13 Ом, девиация фазы -31°.
Для случая V=Vэ/2:
Оптимал Rel_2 по ФЧХ - 10 Ом, девиация фазы -25°.
Для случая V=Vэ/4:
Оптимал Rel_2 по ФЧХ - 7 Ом, девиация фазы -21°. В предельном случае, при уменьшении объёма ЗЯ ПАС2 превращается… в ПАС1.
Добавляем много ЗПМ (снова Reb_2=10 Ом). Для случая V=Vэ имеем:
Оптимальное значение Rel_2 по ФЧХ определить невозможно, минимальная девиация фазы равна -23° в диапазоне Rel_2=0…5 Ом, изменяется лишь резонансная частота. Таким образом, при данной комбинации параметров ПАС2 увеличивает механическую добротность относительно ЗЯ, снижая резонансную частоту и расширяя диапазон рабочих частот. Максимальная амплитуда смещения диффузора при этом увеличивается.
Результаты при V=Vэ/2:
Тут есть слабый оптимум, Rel_2=4 Ома, но, как и в предыдущем случае, изменение девиации фазы очень плавное, меняется лишь резонансная частота. ПАС2 неэффективна.
Результаты при V=Vэ/4:
Оптимум более заметен (Rel_2 = 5 Ом), но смысл тот же, что и в двух предыдущих случаях – влияние ПАС2 невелико. Девиация фазы -20°.
На самом деле ЗПМ в ЗЯ не только вносит активные потери, но и изменяет гибкость внутреннего объёма ЗЯ, а может и присоединить массу. Теоретический предел увеличения гибкости для идеального ЗПМ при оптимальном заполнении составляет +40%. Но, поскольку реальные ЗПМ далеки от идеала (имеют некоторый объём и конечную теплопроводность), то пределом мечтаний есть +20% к геометрическому внутреннему объёму (по Алдошиной, предел +25%). Хорошо это описано в статье «Закрытый ящик: полвека истории и большое будущее» (https://baseacoustica.ru/istorija/47-zakrytyj-jaschik-polveka-istorii-i-bolshoe-buduschee), но в ней не разделены влияния гибкости и массы. Так как нашей целью является не максимальная гибкость объёма (=> минимальная резонансная частота динамика в ЗЯ), а минимальная полная добротность, то заполнение в нашем случае будет гораздо более плотным (50…100 г/л), чем это требуется для получения минимальной резонансной частоты (15…20 г/л). Большое количество ЗПМ в нашем случае собственным объёмом компенсирует увеличение гибкости внутреннего объёма ЗЯ, потому в СЗД изменение гибкости при добавлении ЗПМ не отображено, как и добавленная масса.
С другой стороны, ЗПМ распределён в объёме ЗЯ, и эквивалентная схема ЗЯ с плотным равномерным заполнением могла бы выглядеть (при умозрительном разделении объёма ЗЯ на 10 «слоёв»), например, так:
То есть, объём ЗЯ состоит из N (тут N=10) «слоёв», соединённых каскадно, поэтому влияние каждого «слоя» уменьшается по мере отдаления от динамика. Отсюда понятна неэффективность ПАС2, представленной сопротивлением Rel_2, в данном случае: она включена в самом конце вереницы слабых ПАС.
Вывод: плотное заполнение ЗПМ по смыслу и результату есть распределённая ПАС2, и их одновременное применение нецелесообразно.
ЗЯ плюс ПАС1 плюс ПАС2
В целом результат уже предсказуем: после оптимальной ПАС1 работа ПАС2 будет мало заметной. Проверив для случая без ЗПМ в объёме Vэ/4, пришёл к оптимальности варианта ОЯ+ПАС1, вторая ПАС должна отсутствовать! То же самое получено в остальных объёмах. С ЗПМ ситуация та же. Итак, две последовательные ПАС не нужны. Тогда возникает оптимальный вариант, позволяющий сэкономить на задней стенке и одновременно получить более объёмное звучание: динамик с ПАС1+ОЯ с боковыми стенками некоторой длины, плотно заполненный ЗПМ. Плотное заполнение устранит внутренние ящичные резонансы и поглотит верхнюю часть СЧ диапазона, излучённую задней поверхностью диффузора. Получится интересно.
ОЯ плюс ПАС1 плюс ЗПМ внутри корзины
Понятно, что много и плотно напихать под корзину не получится. Кроме того, для данного исследования актуальная СЗД не очень подходит, так как поглотитель будет находиться перед ПАС1 со всеми описанными выше последствиями (вариант ЗПМ+ПАС2), но всё же. При внесении потерь (Rel_1=2,8 Ома, Reb_1=variable) заметное влияние на Z появляется при снижении Reb_2 меньше 2 Ом и состоит в небольшом улучшении ФЧХ и снижении резонансной частоты. НО. С одной стороны, внесение ЗМП внутрь корзины позволяет сделать ПАС1 более эффективной (в нашем случае – менее продуваемой) уменьшением Rel_1. С другой стороны, максимально возможное количество плотного ЗПМ способно уменьшить Lcab_1, что ещё поднимает эффективность ПАС1. При Lcab_1=0,4 мГн (меньше на 25%) и Reb_1=2 Ома оптимальное значение Rel_1около 2 Ом. Если диапазон снизу вообще не важен, то Rel_1 и Lcab_1 можно и дальше уменьшать! Соответственные графики импеданса:
И соответствующие им ФЧХ:
Заметно повышение резонансной частоты при уменьшении Rel_1 (соответственно сужается рабочая полоса снизу, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний диффузора). Таким образом, размещение ЗПМ внутри корзины СЧ динамика имеет значение не только для гашения отражений, но и для снижения добротности, а для динамика с закрытой корзиной вообще является жизненным показанием. Во время разборки/переделки СЧ динамика будет не лишним со старта разместить ПАС1 изнутри корзины, плюс на додачу – максимум ЗПМ на железе там же.
Теперь вопрос: почему уважаемый Шорт в своей статье по ПАС (вариовентам) обходит стороной вопрос плотного заполнения объёма ЗЯ ЗПМ-ом? Причин, как видно, несколько.
- Невозможно составить адекватную модель ЗПМ на сосредоточенных элементах.
- Поэтому нет возможности математически прозрачно показать его влияние на характеристики, даже приняв количество «слоёв» N=3.
- Вариовенты уже были, и им надо было сделать рекламу (главное?).
- Настройка вариовента не требует вскрытия корпуса, в отличии от.
- Масса ЗПМ для его ЗЯ с 17-см конусным СЧ составила бы… 1 кг.
К сожалению, АЧХ так же просто, как графики модуля Z, не построить…
Последнее редактирование модератором:
)
