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.
■
