что такое пассивный излучатель в акустике

Акустическое оформление с пассивным излучателем (ПИ). Расчет и настройка

Существует еще одна разновидность акустического оформления громкоговорителя, способная обеспечивать воспроизведение громкоговорителем низших частот при сравнительно небольших габаритах ящика. Она имеет несколько названий, из которых наиболее правильным являются: фазоинвертор с пассивным радиатором или ФИ с закрытым отверстием. Еще такое оформление называется пассивный излучатель (ПИ) или пассивный радиатор.

Особенность этого фазоинвертора состоит в том, что громкоговоритель размещается в ящике, имеющем вблизи места его установки отверстие, с закрепленной в нем подвижной системой второго громкоговорителя без магнитной системы и центрирующей шайбы. Диаметр диффузора пассивного радиатора приблизительно равен диаметру диффузора громкоговорителя. Отверстие в звуковой катушке заклеено и в этом месте, к диффузору прикреплен дополнительный груз. Масса груза зависит, главным образом, от объема ящика и резонансной частоты фазоинвертора.

Принцип действия с пассивным радиатором аналогичен принципу действия обычного фазоинвертора. На резонансной частоте закрытого ФИ диффузор пассивного радиатора колеблется синфазно с диффузором основного громкоговорителя, обеспечивая эффективное воспроизведение сигнала в области низших частот. Таким образом, в отличие от основного фазоинвертора здесь масса в отверстии заменена массой подвижной системы пассивного радиатора, включая дополнительный груз.

Груз позволяет более просто, чем это делается при измерении размера (объема) прохода в обычном фазоинверторе, регулировать резонансную частоту фазоинвертора. При уменьшении объема ящика обычного фазоинвертора приходится увеличивать объем прохода или уменьшать площадь отверстия, что снижает эффективность фазоинвертора. Фазоинвертор с закрытым отверстием свободен от этого недостатка и в это его основное достоинство.

Пассивные излучатели нашли применение в акустических системах эпохи СССР, таких как: “25 АС-128 Электроника” и “35 АС-015 Электроника”. В современных АС такое оформление применяется в акустике PMC IB2i или сабвуфере Sunfire True Subwoofer. Пассивный излучатель может быть практически любой формы, круглой, квадратной или к примеру овальной, как показано на фото ниже:

Другим положительным качеством фазоинвертора с закрытым отверстием является несколько большая синфазность движений обоих диффузоров в области резонанса по сравнению с движением объема воздуха в отверстии и диффузора громкоговорителя в обычном фазоинверторе. Резонансная частота фазоинвертора с закрытым отверстием равна ( также как и обычного):

fф = 1 : (2Π · (√mф · Сф)), где

Расчет фазоинвертора с закрытым отверстием производят следующим образом: выбрав объем ящика Vф и, зня эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф определяют гибкость воздушного объема из выражения:

Dэф =0,85-0,9 Dдиф, где

Эквивалентный эффективный диаметр диффузора эллиптической (овальной) формы равен:

Dэкв.эф = (0,85 – 0,9) · (√Dб · Dм), где

Поскольку гибкость подвеса диффузора пассивного радиатора Спод много больше, чем гибкость воздушного объема ящика Сф, ее влияние на суммарную гибкость крайне мало и им можно пренебречь. Общая гибкость определяется по формуле:

Cобщ = (Спод · Сф) · (Спод + Сф)

Спод >> Cф, Собщ ≈ Cф.

Приняв, как обычно, резонансную частоту закрытого фазоинвертора, равной основной резонансной частоте громкоговорителя, находят массу mф, соответствующей этой частоте и гибкости выбранного объема:

mф = 1 : (4Π 2 · fф 2 · Сф)

Как указывалось выше, в эту массу входит масса диффузора пассивного радиатора mрад и присоединенная масса соколеблющегося с ним воздуха Δm, т.е.:

mф = mрад + Δm.

Величина Δm зависит от эффективного диаметра диффузора и определяется выражением:

Таким образом, диффузор радиатора должен обладать массой:

mрад = mф – Δm;

Практически этой величине и будет равняться масса груза, который необходимо установить на диффузоре. Для облегчения необходимых расчетов в таблице приводятся значения гибкости объема Сф для ящиков объемом от 20 до 80 л и диффузоров пассивного радиатора с эффективным диаметром от 15 до 22 см, там же указанна величина присоединенной массы воздуха Δm для тех же диаметров диффузоров.

Величина гибкости объема воздуха в ящиках с промежуточными значениями и эффективного диаметра диффузора радиатора определяют методом интерполяции по двум соседним значениям гибкости, между которыми находятся принятые размеры.

Для примера определим массу груза, который должен быть укреплен на диффузоре пассивного радиатора диаметром Dдиф = 22 см, устанавливаемом в ящике ФИ объемом Vф = 50 л при резонансной частоте ФИ 45 Гц. Эффективный диаметр:

Dэф = 0,87 → Dдиф=0,87 · 22 = 19 см.

Находим по таблице гибкость объема воздуха в ящике при таком эффективном диаметре диффузора: эта гибкость равна:

Полная масса диффузора должна быть:

mф = 1 : (4Π 2 · fф 2 · Сф) = 10 6 : (4Π 2 · 45 2 · 0,44) ≈ 28,4 г

Присоединенная масса воздуха, согласно таблице, равна Δm = 5,5 г. Следовательно, для получения заданной резонансной частоты необходимо установить дополнительный груз:

mрад = mф – Δm = 28,4 – 5,5 ≈ 23 г

Дополнительный груз представляется собой стальной или медный (латунный) диск толщиной h, которая для стали в зависимости от диаметра диска d, равна:

h = (0,16 · mрад) : d 2

Как указывалось выше, магнитная система и центрирующая шайба удаляются из громкоговорителя, предназначенного для работы в качестве пассивного радиатора. Это делается для того, чтобы увеличить гибкость и линейность движения подвижной системы, и устранить опасность касания звуковой катушки. При этом не уменьшается действующий объем ящика. Представление о конструкции пассивного радиатора, установленного рядом с громкоговорителем, показано на рисунке ниже, на котором видно как дополнительный груз в виде диска прикреплен в центре диффузора болтом с гайками. Отверстие в диффузоре заклеивают кусочком жесткой бумаги (ватман или тонкий картон) с зубцами, приклеенными к диффузору целлулоидным или другим клеем, например БФ-2. Само собой разумеется, что основная резонансная частота громкоговорителя, предназначенного для пассивного радиатора, не имеет ни какого значения. Или же можно купить готовые пассивные излучатели, они сейчас в большой доступности.

Проектируя фазоинвертор с закрытым отверстием, не следует делать его объемом менее 30-40 л при резонансной частоте ниже 50 Гц, т.к. увеличение массы подвижной системы пассивного, также как и массы воздуха в проходе обычного ФИ, ухудшает переходные характеристики громкоговорителя.

Проверить правильность настройки сделанного фазоинвертора можно либо по видимой при резонансе ФМ амплитуде колебаний пассивного радиатора, либо по возрастающей при резонансе громкости, в чем можно убедиться, поставив кусок фанеры между диффузорами и поднесся ухо к диффузору пассивного радиатора. Также, как и в обычном фазоиверторе, частотная характеристика полного сопротивления громкоговорителя в фазоиверторе с закрытым отверстием должна иметь два максимум почти одинаковой высоты.

Ящик для фазоивертора можно изготовить из фанеры или ДСП плит толщиной 8-12 мм, при этом следует учесть, что он не должен иметь щелей. Внутрь ящика полезно поместить звукопоглощающий материал, например, поролон толщиной 15-30 мм, который сделает более гладкой частотную характеристику громкоговорителя в области средних частот.

По материалам из журнала «Радио», 1974, № 1

Источник

Тема: Пассивный излучатель- ЧТО ТЫ ТАКОЕ? Поставим точку.

Опции темы

Приветствую друзья! Запускаю свой первый топик тут, так как мне кажется только тут обитает элита светлых умов и очумелых рук на данную тематику.
Прошерстил много тем, но не встретил где либо внятного ответа: Как же подойти обычному смертному к этому зверю.
Дабы не грузить количеством букв- постараюсь систематизировать то, что меня побудило к этому, что известно, и в чем затык.

1. Чем меня это зацепило?
Возможностью уменьшить объем короба по ср с ФИ, ну и надеюсь получу что то среднее ЗЯ\ФИ, а также мне всегда нравилось звучание музыкальных центров с ПИ. Человек я не доморощенный- слушаю всякий дипчик и смотрю кинчик(третий скрипач в пятом ряду не интересует). Да и товарищ 10″ в машину уж очень хочет попробовать. Место в багажнике занято, а ЗЯ не берет низы. Попробуем ПИ бросить на заднюю полку.
Да и в целом такой билд по сути альтернатива ФИ с огромным сечением, но с небольшим проигрышем в громкости.
Мы ведь получается заменяем воздушную массу ФИ на физический объект.

2. Что известно?
1) Площадь ПИ должна быть не меньше движка, желательно вдвое больше.
2) Резонансная частота должна быть втрое ниже.
3) Окончательная настройка добавлением грузо
4) Необходимых характеристик для изготовления всего два- масса подвижной части и добротность(я так понимаю эквивалент упругостипрямо связан с этим параметром)

2. Как собираюсь это реализовать?
Да очень просто: набрать подвесов на али, да и склеить. Благо руки растут, как минимум, выше пупка.
Во вложении видно, как можно добиться расчетной упругости(при необходимости добавить с изнаночной стороны, а при переборе удалять сектора подвеса)

4. Чего же я пристал к белым людям?
Да если честно являюсь заурядным любителем в этой теме, и очень глубоко погрузиться не могу. Вот и прошу помочь в грамотной реализации.

5. Итог
Собственно вопрос в том, как и чем наименее безболезненно замерять упругость при изготовлении? Ну и на добивку как в оконцовке проверить рез. частоту после изготовления?

ЗЫ: Попытался изобразить сравнение графиков(возможно где-то ошибся) Голова 12″ везде
1, (рыжий) 60Л 2ПИ 12″ 400гр
2, (синий) 50Л ФИ 35гц
3, (розовый) 25Л ЗЯ
4, (белый) 60Л 2ПИ 12″ 300гр
5, (желтый) 40Л 1ПИ 12″ 450гр

Источник

Территория баса: для чего сабвуферам нужны пассивные излучатели

Сохранить и прочитать потом —

Как-то раз в компанию REL позвонил разгневанный ветеран Hi-Fi и начал допытываться: «Почему вы не используете нормальные закрытые корпуса для ВСЕХ моделей?». Как будто при создании сабвуферов принято следовать некоему сакральному правилу, которое допускает только «истинную» конструкцию корпуса – герметичную. В связи с этим мы решили коснуться некоторых технических аспектов активных и пассивных динамиков, формы и размеров корпуса для разных моделей сабвуферов. Надеемся, это поможет вам найти ответы на некоторые из вопросов.

При всём уважении к милому джентльмену, который раздражённо бросил трубку, стоит отметить, что с сабвуферами не всё так просто.

Единого рецепта на все случаи жизни не существует. Мы используем два основных подхода: закрытый корпус или конструкцию с фронтальными основными динамиками, акустически связанными с пассивными излучателями, установленными в нижней панели корпуса.

Несколько десятков лет назад два австралийца, Тиль и Смолл (очевидно, из-за прилива крови к голове, поскольку ходят они вверх ногами по другой стороне Земли!), провели исследование параметров, определяющих поведение динамиков и их взаимодействие с корпусом. Одним из наиболее важных выводов их работы является осознание того, что чем больше корпус, тем мягче воздушная «пружина» внутри него. То есть для получения полной отдачи не требуется никаких дополнительных ухищрений от конструкции корпуса. В то же время, динамики, предназначенные для размещения в небольших корпусах, можно оснащать более мягким и эластичным подвесом, допускающим достаточно длинный ход диффузора.

Закрытый корпус

В моделях флагманской серии Reference мы используем динамики высочайшего качества с диффузором из углеродного волокна. Внутренняя структура диффузора включает поглощающий материал из переработанной джинсовой ткани. Изготовленные с соблюдением предельно строгих допусков, эти динамики с надёжным подвесом идеально контролируются мощными сильноточными усилителями, расположенными внутри корпуса.

И разве не прав наш почтенный клиент? Конечно же, прав. Покупатель с большими финансовыми возможностями в состоянии позволить себе бескомпромиссную сабвуферную систему – в закрытых корпусах, с безупречным дизайном и высококлассной электроникой.

Но это не означает, что каждый, кто не может оплатит годовую аренду реактивного самолета Gulfstream G-550 для корпоративных нужд, должен поставить крест на своей мечте.

Изначально наш бизнес опирался на принцип «учиться и создавать всё самое лучшее». Но затем, по мере накопления опыта, мы стали обращать больше внимания на практическую целесообразность и, как следствие, снижение стоимости продукции. По аналогии с фирмой Porsche, автомобили которой регулярно побеждают в Ле-Мане, мы делаем всё возможное, чтобы воплощать передовые технические идеи в своих «серийных автомобилях» – доступных моделях сабвуферов.

Высокое качество звучания в корпусе средних размеров

Именно поэтому модели серии S – S/812 и S/510 – реализуют очень многое из того, что предлагает серия Reference, но предназначены для работы в помещениях средних размеров и в составе более скромных систем. Изначально они спроектированы для корректной работы в линейных массивах при цене почти втрое меньшей, чем No.25.

И какое отношение это имеет к нашей дилемме «закрытая или альтернативная конструкция корпуса»? Скажем так: если корпус вашего сабвуфера вчетверо меньше, чем у No.25, вы всё равно стремитесь получить мощный и глубокий бас.

Чтобы достичь максимально быстрой реакции излучателя за счёт мгновенного начала и прекращения колебаний диффузора, в дело вступает прецизионная конструкция пассивного динамика. Наши пассивные радиаторы в моделях серии S обладают гораздо более высокой жёсткостью – по сравнению с любыми другими доступными на рынке. И при этом они настроены на очень низкую частоту резонанса для получения исключительно глубокого баса.

Что ещё важнее, они заставляют корпус «дышать», позволяя активному динамику работать в относительно небольшом пространстве с полной отдачей. Такой подход даёт результаты, очень близкие к достижениям флагманской модели, но в корпусе средних размеров. Чего невозможно добиться с помощью фазоинвертора, так как тот требует ГОРАЗДО большего объёма корпуса!

Думаю, нашему сердитому приятелю будет приятно осознать, что его не столь удачливые друзья всё же могут наслаждаться почти таким же качеством звучания, как и он сам!

Сабвуфер в закрытом компактном корпусе или модель с пассивным излучателем?

Напоследок рассмотрим компромиссное конструктивное решение, использованное в серии T/i. После создания линейки S, мы пришли к выводу о необходимости разработки ещё более компактных сабвуферов для работы в ограниченном пространстве и с более доступными по цене аудиосистемами.

Здесь мы использовали герметичные корпуса с динамиком, направленным вниз, для самых скромных по габаритам T/5i. И сочетание активного фронтального динамика с пассивным радиатором для T/9i и T/7i – как в мини-версиях наших более дорогих моделей серии S. Для корректной работы в компактном корпусе и активные, и пассивные динамики должны быть оборудованы мягким подвесом.

Результаты прослушивания говорят о том, что на примере сабвуферов линейки T/i нам удалось обеспечить превосходное звучание с высокими техническими характеристиками за скромную стоимость.

В заключение следует отметить, что инженерное искусство требует понимания всех технических составляющих, внимания к потребностям покупателя и работы над каждой проблемой до её оптимального решения. Для этого необходимо отчётливо представлять себе, какие системы используют потенциальные покупатели, какие у них условия прослушивания и чего они в конечном итоге ожидают от звука.

Мы много и напряжённо работаем на каждом этапе проектирования, продумывая все детали, чтобы каждой категории покупателей гарантировать «тот самый» звук, пополняя, таким образом, ряды сообщества счастливых обладателей сабвуферов REL.

John Hunter,
REL Owner & Design Director

Источник

Эффективнее, чем фазоинвертор. Тест влагозащищённого корпусного сабвуфера с пассивным излучателем Kicker CWTB10

Вот чем мне нравится Kicker, так это своим нестандартным подходом. Пока все упёрлись и вагонами клепают сабвуферы в фазоинверторных корпусах, эти старички car audio просто вспоминают, что есть ещё и другие виды оформления. Пассивный излучатель (он же – passive radiator) имеет много общего с фазоинвертором, но лишён очень многих его недостатков. И ведь ничего нового, Гарри Олсон описал его принцип в своём патенте аж в 1935 году…

Не стану забегать вперёд и первым делом «встречу по одёжке». Kicker CWTB10 очень компактен – длина корпуса не превышает 44 см. Внешний диаметр, соответственно, как у типовой «десяточки» – немногим меньше 28 см. В серии есть и 8-дюймовая модель, она ещё компактнее.

Особо отмечу, что сабвуфер позиционируется производителем как универсальный – его можно использовать не только в автомобиле, но и, скажем, в катерах, открытых внедорожниках или квадроциклах. Корпус выполнен из толстого ударопрочного пластика и полностью герметичен.

Для крепления сабвуфера предусмотрены отверстия с резьбой, а в комплекте идут несколько кронштейнов для горизонтального или вертикального монтажа.

Мне на тест досталась модель с номинальным импедансом 2 Ом, но вообще у Kicker CWTB10 есть и 4-омная версия. 2-омную лучше подключать к какому-нибудь басовому моноблоку, а вот 4-омную можно использовать и с многоканальными усилителями, подключая сабвуфер к паре каналов в мост.

Теперь, собственно, к акустическому оформлению – пассивному излучателю. Форма корпуса тут играет не самую важную роль, но в нашем случае он выполнен в виде трубы, на концах которой – по диффузору. Динамику на самом деле принадлежит только один из них. Второй точно такой же диффузор и на точно таком же подвесе – это и есть пассивный излучатель.

КАК РАБОТАЕТ ПАССИВНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ?

Я не зря в самом начале упомянул, что пассивный излучатель имеет много общего с фазоинвертором. Для тех, кто не знает как работает фазоинвертор, коротко рассказываю.

Когда диффузор динамика ходит туда-сюда, он попеременно то сжимает, то разжимает воздух внутри корпуса. Соответственно, этот воздух будет попеременно стремиться то выйти наружу через порт, то засасываться через него обратно. Но фишка в том, что воздух внутри порта имеет определённую инертность, и к выходу из него все эти колебания будут «добираться» с некоторым запозданием.

На определённой частоте (именно она и называется частотой настройки порта) окажется так, что воздух на выходе из порта будет колебаться синхронно с самим диффузором. Т. е. излучения от диффузора и из порта будут складываться. Собственно, это и есть эффект акустического усиления.

Пассивный излучатель работает абсолютно по такому же принципу. Только вместо порта с воздушной массой внутри него тут работает просто диффузор на подвесе. По сути, пассивный излучатель – это точно такой же динамик, только без магнитной системы. И если настройку обычного фазоинверторного порта можно менять его пропорциями и размерами, то в пассивном излучателе настройка меняется массой диффузора и упругостью/вязкостью/жёсткостью его подвеса.

В ЧЁМ ПРЕИМУЩЕСТВА ПАССИВНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ ПЕРЕД ОБЫЧНЫМ ФАЗОИНВЕРТОРНЫМ ПОРТОМ?

А вы посмотрите на размеры корпуса, и вопрос отпадёт сам собой. В случае с Kicker CWTB10 внутренний объём получается что-то около 27 литров. Если попробовать рассчитать обычный порт для такого корпуса (например, в JBL Speakershop или в BassPort), то программа выдаст для него ну очень неудобные размеры. Либо сечение будет слишком маленьким, либо длина невменяемой.

А у пассивного излучателя можно сделать хоть какую площадь и хоть какую настройку. Как думаете, получится сделать обычный порт такого же сечения с низкой настройкой? Вот и я о том же.

КАК ЭТО УСТРОЕНО ВНУТРИ?

Динамики крепятся через «лапы» защитного гриля. Чтобы добраться до винтов, нужно всего лишь снять с них заглушки.

Кстати, это вам не саморезы какие-нибудь, всё серьёзно – с вживлёнными в корпус закладными гайками.

Внутри корпус заполнен распушённым синтепоном. Если коротко, то он, во-первых, создаёт эффект «увеличения» внутреннего объёма, а во-вторых, в какой-то мере демпфирует колебания воздуха внутри него.

Сам динамик – без лишних этикеток и прочих украшательств. Хотя указанная на лицевой стороне серия Comp R намекает на его родство с отдельным сабвуферным динамиком Kicker 43CWR104. Скорее всего, это он и есть, только в упрощённом исполнении – без декоративных накладок и с более простыми терминалами подключения кабелей.

А вот то, что стоит с другой стороны корпуса. Снаружи выглядит как динамик, но внутри на динамик совсем не похож. Вернее, похож на динамик без мотора.

Там, где к диффузору обычно крепится катушка, закреплена металлическая шайба – она корректирует вес подвижной системы.

Для интереса снял импедансную кривую не только целиком для всего сабвуфера, но и отдельно для динамика. Судя по характеру кривых, пассивный излучатель настроен где-то около 35 Гц, что очень близко к Fs самого динамика.

Измеренные параметры динамика в сабвуфере Kicker CWTB10:
Fs (собственная резонансная частота) – 35 Гц
Vas (эквивалентный объем) – 19,5 л
Qms (механическая добротность) – 8,97
Qes (электрическая добротность) – 0,51
Qts (полная добротность) – 0,49
Mms (эффективная масса подвижной системы) – 159 г
BL (коэффициент электромеханической связи) – 11,1 Тл м
Re (сопротивление звуковой катушки постоянному току) – 1,8 Ом
dBspl (опорная чувствительность, 1м, 1Вт) – 84,2 дБ

Впрочем, параметры динамика это так, больше для интереса. Мы же имеем готовый сабвуфер, поэтому оценю его работу в сборе.

Для начала снимаю АЧХ излучения самого диффузора. Обратите внимание на провал как раз в зоне настройки пассивного излучателя – около 35 Гц:

Дело в том, что при работе сабвуфера на этой частоте пассивный излучатель входит в резонанс и сам начинает сжимать-разжимать воздух в корпусе, и для динамика воздух в корпусе как бы становится упруже. Что, в свою очередь, и ограничивает ход его диффузора.

Получается, сабвуфер на этих частотах почти не работает? Конечно же, нет, просто вблизи частоты настройки пассивного излучателя работает в основном не динамик, а сам излучатель:

И вот так они работают вместе:

Общую АЧХ показать, к сожалению, не могу, поскольку измерения на нижних частотах корректно делать лишь в ближнем поле (не вести же его из-за одного измерения в безэховую камеру МТУСИ). Но даже беглый анализ АЧХ динамика и пассивного излучателя даёт понять, что в салоне автомобиля сабвуфер должен работать очень вкусно. Что, собственно, и подтвердилось на практике.

ПРОБА В ДЕЛЕ И ВЫВОДЫ

Небольшой эксперимент в автомобиле показал, что не стоит преждевременно судить о возможностях этого саба по его размерам. Пассивный излучатель при правильной настройке (а здесь он настроен правильно) – большая сила. По отдаче и глубине баса Kicker CWTB10 уж точно не уступает среднестатистическому 12-дюймовому сабвуферу.

По характеру баса скажу одно – это Kicker. Плотный, весомый, сочный. Для клубной музыки – вообще находка. Что интересно, с увеличением громкости бас не начинает давить на уши, зато начинает восприниматься тактильно – басовый ритм воспринимается ударами в грудь как будто тяжёлым резиновым мячом. И это от какой-то там десяточки!

На открытом пространстве (а с таким исполнением Kicker CWTB10 можно спокойно использовать хоть на катере, хоть на открытом внедорожнике) бас вполне естественно теряет в глубине, но почти не теряет в напоре. Я бы даже сказал, что он становится ещё более плотным и собранным по своей структуре. И опять же, самое то для ритмичной клубной музыки.

В общем, правильно рассчитанный пассивный излучатель – это вам не какой-то там «фазик на трубе». Это посерьёзней будет.

Плюсы:
Компактен, удобен в установке
Можно использовать в открытых внедорожниках, катерах, квадроциклах и т.д.
Качественное исполнение
Неожиданно высокая для 10-дюймового калибра басовая отдача
На клубной музыке бас просто шикарен

Минусы:
Тяготеет преимущественно к ритмичной музыке

Источник