Басс порт мастер. Программы для расчета: сабвуферов, фазоинвертора, индуктивности, и другие

Характеристики ящика (фазоинвертора) напрямую влияют на звучание динамика. В автомобильной акустике зачастую этому не уделяется должное внимание, там используют принцип - чем больше динамик в ящике, тем лучше. Фазоинвертор требует тщательной настройки, а не использования подручных материалов. Кому лень занимается подсчётами и замерами, используют закрытый ящик.

Для расчёта фазоинвертора, применяют программы моделирования (Bass Port) , но для получения результата, нужно ввести множество параметров. И даже если вы их знаете, то часто получается большое расхождение с конечным результатом. С помощь простого метода расчёта фазоинвертора, вам не потребуется знать данные для ваших динамиков, ящиков, без сложных математических вычислений и измерительных приборов. Методика существует 30 лет, погрешность всего 5%.

Отличия фазоинвертора

Каждый динамик обладает резонансной частотой. При работе выше этого показателя - получается хорошее звучание, а ниже - уровень давления падает на 12 дБ на октаву (частоты снижаются в 2 раза). Нижней планкой воспроизводимости, считают уровень в 6 дБ. Монтажом динамика в ящик, повышается резонансная чистота, за счёт дополнительной упругости воздуха. Повышение резонансной частоты, тянет вверх и нижнюю границу. Чем меньше воздуха в ящике, тем лучше упругость и больше показатели.

Сделать «большой ящик», можно не увеличивая его размер. Для этого используют материал с демпферными свойствами (вата). Чем больше его находиться в ящике, тем ниже частота динамика. Но когда наполнителя слишком много, это даёт обратный эффект. Для неопытных людей, не важны добротность ящика и его размеры. В большинстве случаев размер колонки получается оптимальным.

Фазоинвертор - труба, необязательно круглой формы, определённой длины, которая обладает резонансом. Благодаря «второму резонансу», поднимаются показатели звуковой отдачи колонки. Частота колебания динамика, находящегося в ящике, должна быть ниже, чем в обычном состоянии. Так, компенсируется спад и расширяется звучание. Эти показатели у фазоинвертора, будут выше на 24 дБ чем у зарытого ящика. Он расширяет нижние частоты динамика.

Чтобы избежать бочкообразного звучания , показатели резонанса не должны быть выше чем у закрытого ящика. А если частота слишком низкая, то характеристики динамика падают. В этом и заключает суть настройки фазоинвертора, чтобы получить положительный эффект и не испортить звучание. И в домашних условиях можно добиться хорошего звучания с погрешность в 5%.

Расчёт фазоинвертора

При резонансе, сопротивление звуковой катушки растёт. Для измерения, к динамику последовательно подключают резистор, номинал которого выше сопротивления динамика на порядок, от 100 - до 1000 Ом. При измерении напряжения можно оценить сопротивление звуковой катушки. На частотах, где будет высокое сопротивление - напряжение на резисторе минимально и наоборот.

Нам не важны абсолютны значения, только максимальное сопротивление на катушке (минимальное на резисторе). Для этого воспользуемся мультиметром в режиме замера переменного напряжения . В качестве источника, профессионалы используют генератор звуковых частот. А для нашей задачи подойдёт специальный компакт диск.

Процесс измерения выглядит таким образом:

• Отверстие фазоинвертора затыкается куском фанеры.
• Диск с записями звуковых частот включается на приемлемую громкость.
• Переключая по трекам, следим за напряжением на резисторе, как только она прыгнет до минимума, вот и нужная частота.

Побочно, подбирается оптимальный объем наполнителя для динамика, постепенно добавляя небольшое количество и отслеживая колебания резонансной частоты. А найдя этот параметр, нужно его умножить на 0,63 , и получится необходимая частота для фазоинвертора. Но нам нужно ещё измерить длину, для этого открываем отверстие, включаем тестовый диск с записью. И смотрим на показание резистора. Но теперь ищем не минимальное сопротивление, а максимальное. Частота фазоинвертора будет сильно отличаться от нужной. Для его повышения укорачивают длинную тоннеля или увеличивают его диаметр.

Расчёт показателей с помощью программы Bass Port

Интерфейс программы прост и понятен, все поля и настрой подписаны.

Необходимо ввести эти параметры:

Расчёт фазоинвертора по методике журнала «Радио»

Собираем схему с генератором звуковой частоты и резистором в 1000 Ом, меньшую мощность брать не рекомендуется. Динамики размещаем вдали от потолка и стен. Подключаем вольтметр и измеряем напряжение на частоте 500 Гц . И находим максимальные (Fs) и минимальные показатели (Us). Чтобы узнать необходимый объем ящика (V), берём такого же размера коробку с дыркой под динамик, но не из картона. Устанавливаем динамик и герметизируем все отверстия. Проводим измерения и вычисляем Fs. Полученные данные подставляем в формулу: Vas = ((Fs ’/ Fs)^2-1)* V.

Для настройки фазоинвертора, закрываем отверстие туннеля и вычисляем максимальный показатель (Fs), добавляем звукопоглощающий материал и снова замеряем. Полученный результат добавляем в формулу Fb = 0,63* Fs . Длина туннеля вычисляется: LV= 31*10^3* S /(Fb ^2* V), где S - площадь порта фазоинвертора (в см ²), а V - объем ящика (в литрах).

Фазоинвертор напрямую влияет на качество звучания акустики. Существует несколько методик расчёта фазоинвертора, у них одинаковый первый этап - замер показателей. Использование программного обеспечения, часто даёт неправильный результат. Также можно воспользоваться онлайн сервисами, но у них те же минусы.

Видео: как рассчитать круглые порты фазоинвертора

Speaker Workshop

Программа расчета акустики и сабвуферов
Speaker Workshop позволяет производить расчет корпусов, фильтров; различные измерения: импеданса динамиков, АЧХ, гармоничеких искажений, пассивных компонентов (конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов); и многое другое. Имеется описание по работе с программой на русском языке.

JBL Speakershop

Фирменная продукция компании JBL.
После разархивирования и инсталляции дает два модуля: для расчета корпусов сабвуферов и для расчета пассивных кроссоверов.

UniBox (Unified Box Model)

Программа для расчета акустических систем различного типа
закрытый ящик (Closed Box)
фазоинвертор (Vented Box)
система с пассивным радиатором (Passive Radiator Box)
банд-пасс (Bandpass Single Tuned Box)
Очень простая и логичная программа, работает в оболочке Microsoft Windows Excel 2000. По отзывам, нормально функционируют и под Excel 97, если он соответсвующим образом обновлен. Позволяет симулировать уровень звукового давления, кривую импеданса динамиков, АЧХ и многое другое.
На сайте производителя можно найти базу по многим известным динамикам:
Кроме этого, Вы можете вручную добавлять характеристики динамиков и создавать новые базы данных

WinSpeakerz

Программа для расчета сабвуферов
WinSpeakerz - правописание как в оригинале - работа некоего Джона Мерфи, компания TrueAudio.
Программа вполне коммерческая, стоит около 130 долларов, а бесплатно выдается демо-версия, без базы данных по динамикам и прочих прелестей (включая руководство на 150 страницах). Программа по-настоящему хороша, поскольку, кроме прочего, имеет специальную функцию для учета внутрисалонной акустики.

Crossover Elements Calculator

Программа для расчетов
упрощенной цепи Цобеля, L-Pad цепей для динамиков, корректирующего звена чувствительности высоких частот, все необходимые параметры катушки индуктивности, встроенная утилита рутинного суммирования элементов "правилом резисторов", рекомендует тип корпуса акустики под динамическую головку.

Расчет Катушек для Динамиков

Программа для расчетов
Программа для расчета звуковой катушки динамика. катушек индуктивности. и.т.д.
Зная внутренний и наружный диаметр катушки, подставив желаемое сопротивление, и количество рядов. Вы получите намоточные данные катушки, и некоторые справочные данные.Диаметр провода выбирают в меньшою сторону от расчетных, пусть лучше будут больше зазоры чем больше шуршания.

NCH Gen

Генератор звуковых частот и сигналов спецформы
NCH Tone Generator - простенькая в обращении программа, генерирующая (при наличии присутствия звуковой карты) сигналы синусоидальной формы (с коэффициентом гармоник около 0,01%)...,
...прямоугольной (со вполне пристойными фронтами)...
...пилообразной, и т.д. Есть и сигнал со спектром белого шума, к нему, правда, есть некоторые претензии. Здесь - шумовой сигнал производства NCH T. Gen (красным) и встроенного генератора SpectraLab (синим). Второй - тоже не идеальный, но лучше.

WinISD Pro Alpha

предназначена для расчета акустических систем фазоинверторного и закрытого типа
Эта программа выгодно отличается от подобных продуктов тем, что ее легко освоить даже с английским интерфейсом.
WinISD имеет собственную обширную базу электродинамических головок со всеми возможными параметрами. Параметрами Тилля Смола и геометрическими размерами. Так же имеется возможность пополнять базу динамиков своими драйверами с помощью эдитора.Имеется упрощенный расчет двухполосных пассивных фильтров I и II порядков. И шести различных вариантов активных фильтров.
Так же есть встроенный генератор звуковых частот, который будет очень полезен при настройке АС
Описание WinISD Pro Alpha на русском языке

WinISD beta

для расчета систем фазоинверторного и закрытого типа
Я лично использовал программу WinISD в качестве дублирующего расчета фазоинвертора акустических систем на базе автомобильных динамиков .
Программа на удивление точно рассчитывает фазоинвертор учитывая даже виртуальное увеличение объема ящика при заполнении его звукопоглощающим материалом.

Power Port

Программа расчета фазоинвертора типа Power Port (патент фирмы Polk Audio)
Эту программу придумал Мэтт Полк и Джордж Клопфер Идея в том, чтобы снизить скорость на выходе тоннеля фазоинвертора и одновременно уменьшить его длину при сохранении настройки.
Программа расчета устроена как файл Excel. Чтобы вся эта штука не открывалась в браузере, она заархивирована в ZIP.

VASCalc

Программа для расчета эквивалентного объема головки.
Программа написана в Microsoft Excel.
Программа для расчета эквивалентного объема головки методом добавочной массы.

Harmon3way

Программа расчета интерференционных искажений АЧХ.
Программа написана в Microsoft Excel. Все просто и понятно.
Программа расчета интерференционных искажений АЧХ работы Г.Татевяна

Blaubox

Программа для расчета сабвуферов
BLAUBOX - творение Блаупункта, как ясно из названия,- программа вполне и безусловно бесплатная. Несколько упрощенная и грубоватая графика вполне компенсируется тем, что программа работает, во-первых, быстро, во-вторых, может рассчитывать все три основных типа сабвуферов (закрытый ящик, фазоинвертор, полосовой сабвуфер), в-третьих - чрезвычайно проста в обращении, в-четвертых - может рисовать рабочие чертежи ящика по результатам расчета. Вот примеры выдаваемых результатов: АЧХ двух одновременно рассчитываемых сабвуферов и эскиз ящика.

Perfect Box 4.5

Программа для расчета сабвуферов
Perfect Box 4.4 - предпродажная версия программы, при этом почти полностью укомплектована функциями и опциями. Внешне - грубоватая ДОС-овская вещь. На деле - лучшая, на мой взгляд программа, если наловчиться. Рассчитывает закрытые ящики и фазоинверторы.

В качестве приданного идет довольно большая база данных по динамикам, легко Вами пополняемая по мере возникновения надобности, а также вещь малополезная, но забавная - программа EQ2.EXE , с помощью которой можно рассчитать звено активной коррекции АЧХ. Программа завязана на основную по параметрам частоты и добротности корректирующего фильтра.

Box Plot 2

Программа для расчета сабвуферов
Boxplot 2 - предпродажная версия программы, в связи с чем часть функций не работает. Главное достоинство - программа очень поучительна, поскольку прямо на экране можно варьировать параметрами H = fb/fs (отношение частоты настройки фазоинвертора к резонансной частоте головки и ALPHA = Vas/Vb (отношение эквивалентного объема головки к объему ящика, в том числе и закрытого). Через пять минут работы с программой человек, никогда в жизни не читавший ничего по теории громкоговорителей уже знает наиболее важные зависимости. Для практических расчетов программа не очень удобна из-за урезанных функций, хотя при некотором навыке работать можно. Впрочем, если кто желает заплатить 25 долларов - там где-то сказано - куда...

P.X.O.

Программа расчета пассивных кроссоверов
Программа PXO (Passive X-Overs), как и положено по возрасту, работает под DOS и работает отлично. Вы выбираете частоту (или частоты, для трехполосной системы) раздела, крутизну скатов от 6 до 24 дБ/окт и тип фильтра (Баттерворт, Линквиц-Рили и т.д.), а взамен получаете графики всех основных характеристик и номиналы элементов, входящих в цепи фильтров, причем последние схематически изображены в нижнем окне пользовательского интерфейса.

Примечание:
Когда все будет сделано по Вашему вкусу, естественно возникнет вопрос "Как рассчитать индуктивность?" - готовых-то их нет, в отличие от конденсаторов. Для этого служит еще более простая программа, приведенная ниже - COILS.EXE

Coils (russ)

Здесь все совсем просто: вводите требуемое значение индуктивности (в миллигенри), диаметр провода и диаметр каркаса. Получаете - потребное число витков, длину каркаса, расход провода и его сопротивление, которое Вы можете сравнить с сопротивлением звуковой катушки и принять командирское решение.

Coils

Программа расчета индуктивности
Если у кого проблемы с кириллицей под DOS - с англоязычным инерфейсом.

Любители хорошего акустического звучания знают, что его качество в первую очередь зависит от передачи низкочастотной составляющей звука. Использование фазоинвертора способно существенно увеличить уровень звукового давления при одной и той же подводимой мощности. Но всё это возможно лишь при правильном расчёте размеров фазоинверторного (ФИ) отверстия, выравнивающего гармонические колебания и обеспечивающего качественный звук.

Виды акустических систем

Звук - это колебание, имеющее механическую природу возникновения, распространяющееся под давлением вызванным источником излучения. Акустическая система, представляющая собой звуковую колонку, преобразует электрические сигналы в механические, воспринимаемые слухом человека. Частота этих колебаний лежит в границах от 20 гц до 20 КГц. Существуют различные виды акустических систем:

Использование фазоинверторного типа даёт возможность не только расширить нижний частотный диапазон, но и повысить коэффициент полезного действия. При этом частотный диапазон не изменится. Отверстие фазоинвертора выполняется разного вида и размеров. Размещаться оно может на любой поверхности колонки. При разработке акустической системы наиболее важно выполнить правильно расчёт размера фазоинверторного короба, от чего зависит не только диапазон воспроизводимой частоты, но и качество всего звука в целом.

Принцип работы устройства

Любая колонка фазоинверторного типа имеет в своём составе отверстие - фазоинвертор. Часто он называется акустическим туннелем или портом. Принцип работы его заключается в изменении фазы звукового колебания, вызванного задней стороной диффузора на сто восемьдесят градусов. При возникновении резонанса в ящике амплитуда колебания диффузора достигает минимального значения.

Связано это с тем, что при движении вперёд динамик создаёт разрежение в середине закрытой колонки, тем самым вытесняя воздух в фазоинверторный канал и увеличивая разряжение. Поэтому на частоте резонанса механические волны излучаются через отверстие, а не диффузором динамика.

От размера и вида фазоинверторного порта зависят объём воздуха и частота резонанса, на которую настроен канал. Объём воздуха в канале начинает резонировать и усиливать воспроизведение частоты при наступлении момента, когда диффузор излучает частоту, на которую рассчитан фазоинвертор.

По своей форме классический туннель выполняется кольцевой формы. Но для увеличения полезной внутренней площади ему часто придают щелевой вид. Отказ от цилиндрической формы тоннеля позволяет сократить его длину и снизить шумы, возникающие при выбросе воздуха.

При ошибках в расчёте щелевого фазоинвертора настроить его гораздо сложнее, чем классический вид, так как он изготавливается совместно с колонкой. Сам расчёт выполняется сложнее, чем для систем закрытого типа: при этом, кроме объёма ящика, учитывается настраиваемая частота резонанса. Оптимальные размеры подбираются с учётом амплитудно-частотной характеристики колонки, а именно её равномерности.

Расчёт низкочастотного туннеля

Существует несколько способов для проведения вычислений размеров ФИ. Наиболее популярным является расчёт фазоинвертора онлайн или с использованием специализированных программ. Такие способы обычно требуют знаний множества параметров используемых динамиков. Существуют варианты и проще, но с большим расхождением конечного результата с реальным значением. Хотя в любом случае после расчёта и изготовления приходится проводить настройку.

Простая формула для вычисления

Метод вычисления заключается в использовании несложных формул и происходит методом подбора данных, когда за основу используется желаемая длина ФИ канала.

F = (C/2 π) * K, где:

При этом коэффициент K равен квадратному корню отношения S/LV, где:

• S - площадь отверстия;
• L - длина канала;
• V - объем колонки.

В качестве единиц измерения везде используются метры, а для частоты - герцы. При определении значений объёма считается, что лучше выбрать узкий фазоинвертор, но такой подход неверен, ведь при этом в нём возрастает скорость движения воздуха, а это вносит искажения в звучание. Проектирование широкого и длинного ФИ также лишено смысла, ведь длина фазоинвертора не должна превышать длину волны в момент наступления резонанса. Выполнение этого правила помогает избавиться от стоячих волн.

Использование специализированных программ

Вырезанная из ватмана полоска, ширина которой совпадает с длиной трубки, в несколько витков наматывается на поверхность газетной бумаги. При этом перед каждым витком наносится эпоксидный клей. Его получают путём смешивания смолы и отвердителя согласно инструкции. После того как выполнены все витки, изделие обтягивается по кругу нитью для придания жёсткости и ставится на просушку.

Через сутки основание извлекается. В случае возникновения трудностей его можно поломать изнутри и достать частями. Изготовленный канал такого вида имеет хорошую прочность и легко подвергается дополнительной обработке. Далее полученная трубка устанавливается в отверстие колонки, но не до конца и начинается прослушивание звука. В заводских условиях используется специальный прибор. Такое устройство работает на основе мультивибратора, который настраивается на резонансную частоту динамической головки. После подключения динамика запускается генератор и длина трубы регулируется по максимуму колебанию в ней воздуха.

Аналогично можно провести настройку и самостоятельно. Для этого на вход подаётся сигнал низкой частоты. Трубка выдвигается вперёд или погружается внутрь ящика, а после оценивается объём выходящего воздуха. Установив положение максимального его выхода, излишки трубы удаляют снаружи, а сам порт герметизируют. При желании для придания конструкции оконченного вида выполняется раскрыв трубы, но можно обойтись и без этого.

Существует множество причин по которым некоторые люди хотят сделать сабвуфер своими руками. Самые важные из них это возможность настройки динамика под определенные параметры и экономия денежных средств. С денежными средствами и так всё понятно, а вот с настройкой сабвуфера не так всё просто. В период проектирования, сборки сабвуфера под настройкой сабвуфера понимается расчет корпуса (короба, ящика) сабвуфера и подборка динамика.

В данной статье я постараюсь охватить как можно больше программ для расчета сабвуфера, которые помогут вам определиться с типом динамика и конструкцией корпуса для вашего сабвуфера.

Профессиональная программа расчета сабвуфера

BassBox Pro 6

BassPort

Чрезвычайно мощная система анализа звуковых сигналов — как в записи, так и в реальном времени.

Анализ ведется в трех основных режимах: Real Time — обработка и построение графиков в реальном времени по данным, поступающим с аудиопорта; Recorder — то же, с параллельной записью поступающего сигнала; Post-Processing — анализ предварительно записанного Wave-файла.

Результаты анализа динамически представляются в окнах нескольких видов:
* Time Series — обычная осциллограмма
* Spectrum — спектральный график, непрерывный или полосовой
* Phase — изменения фазы сигнала
* Spectrogram — график изменения спектра во времени, в котором мгновенные «снимки» спектра сигнала рисуются по вертикали цветными линиями
* 3D Surface — трехмерная спектрограмма
Все виды окон могут открываться и динамически обновляться одновременно.
Отображаются также скалярные результаты — частота и амплитуда пиков, мощность сигнала, коэффициент гармоник, коэффициент интермодуляции, соотношение сигнал/шум.
Есть генератор тестовых сигналов, также работающий в реальном времени, с помощью которого можно анализировать работу исследуемого звукового тракта.

Программа имеет большое количество параметров, задающих полосы частот и способы анализа, параметры преобразования Фурье, оконных функций, отображаемых графиков и т.п. Вероятно, это — самая мощная система анализа сигнала для PC.

Программа для расчета сабвуфера

JBL Speakershop

Удачи Вам в проектировании и постройке своего сабвуфера!

Выводы по проблеме “портостроения”

Вот что выяснилось по результатам написания программы для расчёта портов.

1. Увеличение количества портов

1.1. Если общая площадь портов остаётся неизменной, то с увеличением количества портов несколько возрастает их длина, которая в пределе стремится к 1,57 длины исходного одиночного порта.

1.2. Если площадь портов увеличивается, получаем снижение скорости колебаний воздушной массы в портах и снижение шумовых эффектов.

2. Экономия длины порта

Здесь вряд ли можно привести чёткие однозначные рекомендации.

Пользователю придётся самому решать, какой тип порта и с какими параметрами выбрать, исходя из того, что важнее: выигрыш в длине, или бесшумная работа порта.

Начиная с версии 0.6beta, для расчёта минимально допустимой площади порта используются разные значения максимальной скорости, в зависимости от типа порта.

Порты “шумят” всегда. Чаще всего эти шумы маскируются полезным сигналом, но бывает, они становятся весьма заметными и весьма неприятными.

Каждый порт “шумит” по-своему, и порог заметности шума также индивидуален для каждого порта.

Исходя из экспериментальных данных, в программу введены ориентировочные значения скоростей воздушного потока:

– заметные на расстояниях 0,2…1 м (выводятся пурпурным цветом)

– заметные на расстояниях более 1 м (выводятся красным цветом)

Проектируя порт, в окошках результатов вы будете видеть, в какой степени “шумным” окажется данный порт.

3. Геометрия порта

3.1. Простой порт имеет два существенных недостатка:

– органные резонансы (как минимум два)

– повышенные турбулентности на краях порта.

Для устранения этих недостатков применяют порты с непрямой образующей.

3.2. Такие порты позволяют уменьшить площадь поперечного сечения горловины порта, и за счёт этого сократить его длину. При этом возрастает скорость воздушного потока в узкой части порта, а на краях она снижается за счёт увеличения площади выхода. Органные резонансы смещаются в сторону высоких частот или исчезают совсем.

4. Условия выбора того или иного вида порта

4.1. Простой трубчатый порт. Можно использовать, если скорость воздушного потока в нём не превышает 6-9 м/с. Если порт расположить на задней стенке, органные резонансы будут слышны меньше. Правда, при этом задняя панель АС не должна располагаться слишком близко к стене.

Если скруглить края такого порта, можно добиться некоторого снижения шумов. Начиная с версии 0.4beta в программу добавлена возможность расчёта портов со скруглёнными краями.

4.2. Конический порт. Органные резонансы отсутствуют в принципе. Получаем максимально “музыкальный”, но и самый длинный порт. Скорость воздушного потока в узкой части также не должна превышать 6-9 м/с.

4.3. Порт труба-конус (“воронка”). Симбиоз конуса и трубы. Част о ты органных резонансов располагаются выше, чем для трубы, и становятся менее заметными, но не исчезают совсем. Получаем существенную экономию длины в сравнении с конусом.

На узком конце порта скорость потока не должна превышать 9-12 м/с.

4.4. Порт конус-труба-конус (“песочные часы”). Част о ты органных резонансов ещё более сдвигаются вверх, заметность ещё больше падает. Экономия длины при прочих равных немного хуже, чем в случае “воронки”. Но скорость воздуха в горловине можно повысить, уменьшив диаметр трубы, что приведёт к снижению длины порта. Скорость воздушного потока не должна превышать 13-16 м/с.

4.5. Порт плавной криволинейной образующей. Органные резонансы отсутствуют как класс. Экономия длины немного хуже, чем в случае “песочных часов”.

Начиная с версии 0.5beta в программу добавлена возможность расчёта портов с криволинейной образующей.

Скорость воздушного потока также не должна превышать 13-16 м/с

Чтобы лучше понять, экспериментируйте с расчётами, многое прояснится.

Успехов!