TQWP

В результате постоянных экспериментов по улучшению данных акустических систем, помощи всем знакомым по построению их домашних комплектов, накопилось несколько моментов, которые стоит обсудить отдельно. Эти моменты важны и значительно облегчают жизнь тем, кто еще только собирается сделать свои АС.

Итак. TQWP это достаточно простое оформление, которое доступно в изготовлении и прощает многие ошибки при расчетах и изготовлении и дает очень неплохие результаты при малых затратах.

1. Самый сложный вопрос у новичка возникает с тем, какой же динамик можно ставить в TQWP.  Динамик, который может работать нормально в открытом ящике или экране. Теоретически это значит, что упругости подвеса должно полностью хватать, чтобы на резонансной частоте с минимальной амплитудой и временем переходных процессов возвращать в нулевое положение подвижную систему после импульсного воздействия. Чем ниже по амплитуде будут колебания подвижной системы динамика после импульса - тем меньше будет уровень гармонических искажений, а чем меньше время колебаний - тем и самих колебаний меньше и меньше будет самих этих номеров гармоник. Чем тяжелее подвижная система - тем больше проблем. Чем тяжелее - тем мощнее должна быть пружина подвеса и тем больше потерь на трение в этой пружине должно быть, чтобы демпфировать саму пружину и сократить время установления. Тем сложнее такие колебания задавить ...

Типичным весом подвижной системы современных 12" широкополосных головок является величина 30-40грамм. Меньше - лучше, больше хуже для нашего случая. Кроме того, большую роль играет и величина линейного перемещения подвижной системы, которая ограничивается величиной магнитного поля и высотой намотки катушки. Подробнее почитать можно в специализированной литературе. НО для нас интересны динамики с величиной линейного перемещения не меньше +-2мм в противном случае, на вопрос "А если погромче" вам придется отвечать " А мне громко и не надо". Гы Гы Гы. 4-6мм линейного перемещения для 12" головки более чем достаточно в большинстве случаев для домашнего применения. Ну и последний показатель это полная добротность. Показатель полной добротности прямым образом показывает характер баса такого динамика в оформлении TQWP и косвенным образом показывает может ли динамик работать в TQWP. 0.5 - 0.7 то, что нужно рассматривать. При Qts=0.5 бас может показаться затянутым и размытым в худшем случае, а при 0.7 и выше сухим поджатым. При полной добротсности больше единицы говорить о басе как то не этично. Так что выбирать из этого диапазона.

Ну и практически процесс оценки возможности использования в TQWP динамика на глазок просто сделать в домашних условиях.

Делаем экран дома из куска фанеры или другого листового материала. Врезаем динамик и слушаем его на приемлемой громкости, которая комфортна для данной комнаты и предпочитаемой музыки. Если динамик на этой громкости на мидбасе и середине играет чисто и без значительных искажений - то смело экспериментируем дальше с TQWP. Самым лучшим тестом при этом будет тест динамика в ящике без задней стенки и внутренней перегородки, который соответствует будущей АС. Если динамик выдержал экспертизу, то переходим ко второму сложному вопросу.

2. Какую частоту настройки взять, какой программой пользоваться при расчетах. А вот тут нужно опираться на предыдущие эксперименты. В идеале - нужно сделать замер динамика в том самом "тестовом ящике" но вместе с задней стенкой вставить матрас со звукопоглотителем. Таким образом, мы получим АЧХ от динамика в ящике заданных габаритов без учета отдачи от резонатора. Сопоставив получившийся результат, определяем частоту, на которую стоит настраивать ящик. Допустим, динамик в ящике имеет плавный спад от 100герц и резонансную частоту в районе 70 герц. Таким образом - настраиваем ящик на резонансную частоту от 60 до 70 герц. И сильно демпфируем звукопоглотителями все остальные пики резонанса ящика кроме первого. Если динамик имея спад на 150герцах имеет резонансную частоту 45-50 герц, то снова настраиваем на 40-45 герц и уже меньше поглотителя, оставляем первый и второй пик резонанса ящика. Это даст отдачу из порта от 40 до 100 герц с плавным спадом и выровняет всю отдачу. Главное, чтобы при всей этой настройке, резонансная частота динамика не вылетела за пределы +_0.75*Фрез настройки Ящика. Т.Е. при настройке оформления резонатора скажем 50герц, динамик может иметь резонансную частоту от 37герц до 62герц и при этом, основной резонанс будет задемпфирован акустически повышенным сопротивлением среды в ящике.

Вот как выглядит АЧХ 75ГДШ-3-3 в измерительном ящике, видно в первой части описания про TQWP.

Вот так выглядит АЧХ из резонатора при малом заглушении:

Первый пик резонанса во всей красе от 27 до 60 герц, второй во всей красе от 70 до 110 герц и третий в полный рост от 130 до почти 190... четвертый уже поддавлен и замедлен вместо полного роста на 360 герц, он в районе 250 и задавлен на 5-6дб от первого... Такое оформление подходит вроде к динамикам с нижней граничной частотой в районе аж в 250 герц... НО звучание такого резонатора отвратительно - с гундосым вокалом и затянутое... Применение 6см. минерального поглотителя и верхнего U матраса позволяет полностью (в пределах слышимости) подавить и третий пик резонанса и значительно второй, что и позволит произвести плавную стыковку резонатора и прямого излучения широкополосной головки в области от 70 до 100герц... При этом, звучание из порта будет быстрым и без противных сч и мидбасовых призвуков. О том как это сделать более подробно ниже.

3. Игры с заполнением. Два основных и принципиальных момента.

   3.1 вибродемпфирование стенок АС. Так как стенки получаются тонкие и высокие, то их обязательно нужно покрывать демпфирующими материалами, чтобы погасить вибрации стенок. Неплохим и простым вариантом, может быть оклейка стенок изнутри Фольгоизолом. Это вязкий композит на основе битума, нанесенный слоем 2-4мм на алюминиевую фольгу. Утюгом наклеиваем его на стенки и всё. Неплохо работает и жесткий безосновный линолеум (класса коммерческий).

    3.2 Звукопоглощение. Так как нам нужно не увеличив компрессии в ящике, а значит не заполняя ВСЕ его пространство звукопоглотителем задавить все пики резонансов кроме первого, а иногда второго, то нужно очень тщательно подойти к этому вопросу. В большинстве случаев, матраса из 4-7см минеральной ваты(зависит от марки и производителя) хватает чтобы полностью поглотить все звуковые волны в районе от 250до 10000 герц. Просто обклеив изнутри все стенки минеральной ватой, мы получим нужный эффект. Только помним, что лучше пользоваться импортной Урсой или еще лучше Роквулом - базальтовое волокно без склеивающих смол. НИКАКОЙ СОВЕТСКОЙ СТЕКЛОВАТЫ. Даже урсу стоит в матрас из хлопка запаковать. Но этого недостаточно чтобы задавить и поглотить частоты от 90 до 150 герц. В таком случае, лучшее решение - к верхней стенке прикрепить дополнительно свободно свисающий U-образный мат из дополнительного матрасика со звукопоглотителем. примерно так:

Видны: "скругляющие углы вставки", далее пластины основного звукопоглотителя и дополнительный U образный мат, если нужно особенно тщательно подавить второй пик резонанса TQWP на частоте примерно 2*Ftqwp. 90-100герц, который основным слоем гасятся с недостаточным коэффициентом поглощения. Малый треугольный объем заполняется звукопоглотителем. Лучше ватой 7-10 грамм на литр. Косвенно, можно проводить настройку по импедансу системы, но лучше использовать микрофон и реальную комнату прослушивания для их полной взаимонастройки.

3. Довольно много споров возникает по нижнему оформлению порта Акустической системы. В описании Екселевской программки и математической модели М.Ж.Кинга нет технического обоснования почему именно такое сечение порта и как он влияет на звук. У Войта уже не спросить к сожалению...

Безусловно, вопрос в нижней части TQWP, так как резонатор (как расширяющаяся труба), заканчивается именно в самом широком сечении. После этого, поток заворачивается на 90 градусов и выходит через порт. При этом, безусловно происходит сжатие фронта волны из резонатора, увеличивается скорость и немного меняются волновые характеристики фронта звуковой волны. При этом, сечение порта гораздо больше диаметра излучающей поверхности диффузора и компрессии в ящике не образуется, но при этом, оно и не равно самому широкому сечению резонатора и не расширяется как в резонаторе TQWP(что бы просто увеличило длину резонатора и линейно изменило настройку). Кроме того, еще и две параллельных поверхности верхней и нижней крышки так же добавляют условий образования стоячих резонансов и переотражений на частотах, длина которых сопоставима с внутренней высотой ящика. А в прямых углах соединения передней и задней панели верхней крышки еще и завихрения могут проявиться... Например, если внутренняя высота 105см, то различные моды стоячих резонансов будут на частотах 165, 230, 330 герц и т.п. Следовательно, нужно постараться заполнением - звукопоглотителем вычистить на 90-95 процентов все выше 150 герц. Иначе будет окрашенное резонансное звучание. Чтобы не было вихревых потоков при развороте НЧ на выход порта, в углу снизу, стоит сделать такую же вставку как и сверху, которая "закругляет" угол. Ну и чтобы еще сильнее вычистить звучание от призвуков мидбаса - на нижнюю панель еще матрасик со звукопоглотителем. Примерно вот так:

Важное замечание - нельзя заполнять большой треугольный объем звукопоглотителями - призвуки то он задавит, но при этом значительно изменится настройка резонатора и затянется фронт НЧ сигнала так как скорость распространения фронта звуковой волны в звукопоглотителе минимум в два раза медленнее чем в воздухе. Кроме того, можно вообще убрать порт и обрезать АС в самом широком месте сечения. Поставить АС на ножки, образовав щель вокруг АС, при этом, общая площадь щели должна быть не меньше площади порта или еще лучше - равна площади выходного сечения резонатора. Кроме того, вокруг такой обрезанной АС ничего не должно стоять в периметре примерно 60см от этой щели. И то создавшие подобную систему в конце экспериментов поставили наклонную панель, отсекая выход звуковой волны назад в стену за АС. Иначе как я понимаю, получится между задней стенкой АС и боковыми предметами или стеной за АС некий резонирующий объем с непредсказуемыми характеристиками. Само же по себе увеличение длины резонатора при развороте на 90 градусов потока на выход из порта мало влияет на результат, даже если учесть что настройка меняется - так как эти 30-40 см при настройке скажем на 45герц дадут изменение вниз на 6герц... но реально изменения настройки на 6 герц не будет так как сечение уже не увеличивается с заданной пропорцией. В любом случае выхода резонанса динамика за горб резонанса оформления не произойдет.

4. Сама по себе идея свернутого Резонатора несколько ущербна, и сделана в моду компактности АС. Так как все-таки изменяется сечение в области перегиба, образуются условия для образования стоячих волн и переотражений между передней и задней стенкой, завихрения в углах и прочие прелести... Не думаю, что кто-то будет делать для 12" проекта АС треугольники высотой под два метра и шириной 45см... А вот для мидбасовых динамиков диаметром 16-20см проект очень интересен. так как при резонансной частоте 60-70 герц получается довольно стройная АС высотой около 150см и шириной 20-25см. У меня сейчас два таких проекта на очереди... Один проект на 4А28,второй на 20см широкополосных динамиках Audax. Результаты напишу позже.

Проблема разворота на 90 градусов потока из резонатора остается и у несвернутых в баранку  Гы ГЫ ГЫ резонаторов... Как один из вариантов, я думаю срез и ножки. Но если АС стоит близко к шкафам и прочей мебели такой вариант не пройдет - нужно загибать на 90 градусов и выводить порт вперед... Другими словами, при такой компоновке (вывод порта вперед), получается MASS LOADED TQWP т.е. выход резонатора нагружен на некую массу воздуха в трубе, а даже не трубе а том огрызке от АС, который формирует разворот потока на 90 градусов и порта АС...

5. Проблемы самих широкополосных динамиков.

Самый грустный момент. Проблем три.

    5.1 Тяжелые подвижные системы из современной целлюлозы, которая производится зачастую с сильным уменьшением длины волокон из за механического разреза волокна при расщеплении древесины, размоле в массу и дальнейшей варке в целлюлозу с применением химических ускорителей отделения лигнина от волокон делает бумагу тяжелой, плотной но не жесткой. Не буду вдаваться в подробности данного технологического процесса, НО в результате такого ускорения, диффузоры современных широкополосников хлипкие и с очень большими потерями - звучание таких динамиков не отличается высоким качеством так как мал поршневой диапазон работы и в следствие больших потерь в материале - снижается разрешение таких динамиков на СЧ и ВЧ. Только Хитиновая пропитка диффузоров композитом Воробьева возвращает былую свежесть и яркость звучания новым бумажным диффузорам и позволяет поулчить высокое качество звучания от 30-40граммовых диффузоров на середине и ВЧ. Я бы крайне рекомендовал пропитать этим раствором динамики типа 75ГДШ-3-3 или Эминенс Бета 12ЛТ или Селейшен прежде чем утверждать, что широкополосники не могут отыграть середину. Это обязательное условие.

Это не реклама, я не торгую хитиновым композитом, но я его использовал и очень не жалею и очень рекомендую. Методика пропитки есть в отдельной страничке.

5.2 Направленность излучения у 12" широкополосных динамиков. Проблема решена частично. Эксперименты по созданию рассеивающей линзы с управляемой диаграммой направленности уже почти завершились и данная тема будет дополнена очень скоро, но об этом позже.

5.3 Проблема кривой АЧХ двухконусных широкополосных динамиков. Еще с 40 годов, когда Пауль Войт первый в мире запатентовал широкополосный динамик с двумя бумажными конусами, возникла проблема что ВЧ конус (vizzer) имеет повышенную отдачу на верхней середине и ВЧ по отношению к Мидасу. Причем, эта полка находится на уровне 3-7дб. На практике, это дает яркое, несколько окрашенное звучание по оси. И это специфическое задранное полочкой СЧ характерно почти для всех двухконусных динамиков хоть то Lowther, хоть то Fostex хоть то НОЭМА. Теоретически, это можно решить расположением осей динамиков, настроив по месту не по осевой АЧХ, а градусов на 15-30. Таким образом, выровняв АЧХ в точке прослушивания. На практике это сделать трудно, так как в добавок к корявой АЧХ, широкополосники имеют еще и узкую диаграмму направленности на средних и высоких частотах и особенно 12" широкопоолсники, проблемы у которых начинаются уже после 1500герц. Таким образом, якобы получить весь спектр частот, нужно сводить оси излучения АС к слушателю, чтобы выровнять АЧХ - нужно разводить. Консенсуса нет. Проблемы с направленностью начинаются гораздо раньше чем кончаются проблемы с горбатостью АЧХ. Есть четыре пути решения этой проблемы. Все они имеют и достоинства и недостатки.

    5.3.1 Способ последовательной фильтрации. Подобная методика настройки АС применяется Александром Клячиным. Методика называется "Методика создания акустических систем". Я нашел методику использования такого метода коррекции АЧХ системы последовательным фильтром в английской книге Артура Бриггса 63 года.  Это только подтверждает жизнеспособность подхода.  Безусловно, применение фильтров в широкополосной АС это коллаборационизм и мракобесие, но если мириться с горбатой АЧХ нету больше сил и хочется слышать все частоты - то деваться некуда, вставляем фильтр. Суть фильтра - снизить отдачу АС в определенном участке частот, довольно большом диапазоне и довольно значительно. Последовательно динамику перед ним ставится цепочка R-L-С перед динамиком. Это резонансный контур, где резистор сглаживает добротность этого резонансного контура. Подробную методику его настройки, формулы и рекомендации смотрите методику Клячина.  Вот схема такого фильтра и его действие на АЧХ :

Про методику расчета в методику Клячина. Таким образом можно получить и от кривого, вернее горбатого широкополосники хороший тональный баланс.

    5.3.2 Способ двухполюсного разделения. Отрезаем ВЧ конус и делаем коаксиальный динамик приклеив на керн магнитной системы дополнительный маленький ВЧ излучатель типа Focal TN52. При этом, безусловно, это будет уже совсем другой динами и совсем другая система. О ней отдельно, но это тоже способ... и он заслуживает большого внимания. так как прекрасная автомобильная ВЧ головка с низкой частотой основного резонанса подвижной системы и маленькими размерами дает возможность сделать ОЧЕНЬ интересный коаксиальный динамик. с частотой раздела около 1600 герц.

    5.3.3 Изменение конструкции громкоговорителя. У некоторых динамиков, для повышения отдачи на ВЧ ставили не дополнительный конус, а купол с рупором. При этом основным излучателем ВЧ является купол, а конус вокруг него формирует поток ВЧ, изолируя ВЧ поток купола  от излучения от основного конуса. Это тоже отдельная тема, так как один вид хитинового композита Александра Воробьева позволяет получить отдачу от подобных куполов или конусов вплоть до 22килогерц, что делает этот путь улучшения звучания широкополосного динамика очень перспективным.