Аутентичное оформление винтажного широкополосника

[Сергей Шабад]

И так высота расположения центра динамика определена и составляет 1100 мм.
Определим объём открытого ящика. У винтажных широкополосных динамиков, добротность основного резонанса около 0,7 (при замкнутой звуковой катушке), а с учетом выходного сопротивления лампового усилителя без ООС или с её минимальной величиной (10-15 дБ) общая добротность системы усилитель - динамик может достигать величин от 3 до 5-7. Поэтому оставим жесткость подвеса динамика в неприкосновенности и не будем увеличивать её дополнительной жесткостью воздуха в корпусе. Следовательно, для обеспечения равномерного воспроизведения НЧ регистра придется воспользоваться результатами "Old school audio engineering" и в первую очередь потребуется относительно большой объем корпуса АС. Поэтому сразу откажемся от полочной акустики, прототипом которой можно считать настольные приемники, и обратимся к консольным радиоприемникам 30-40 годов прошлого столетия.
Посетители нашего форума знают утверждение АМЛа, что корпуса лучше, чем тот, который сделал его отец, повторив американскую консоль Midwest Model DD18 ему не встречался, ни по звучанию, ни по измерениям. См. вложение:

[Сергей Шабад]

Я тоже повторил эти корпуса с установленными в них Клангами KL405. Звучание превосходное и те, кто их слышали у меня, могут вам подтвердить это.
Однако, на мой взгляд верхом совершенства консольного колонкостроения является модель Coronado Console Radio #7LL (включить VPN или см. вложение)
Перед нами рупорная акустика (короткий, концентрирующий рупор). Поразительно, но на втором фото (вид сзади) вы увидите, что тыльная сторона динамика нагружена на точно такой же рупор.
Но самое интересное это то, что два объема, образованные двумя рупорами и боковыми стенками корпуса образуют... два резонатора! Уверен, что частота настройки одного резонатора лежит в пределах 1.5 - 2 Fs динамика, а частота второго 0.6 - 0.8 Fs (Fs - частота основного резонанса динамика).
Именно такое соотношение частот позволяет получить наиболее равномерное звучание в басовом регистре и несколько снизить частоту воспроизводимого диапазона относительно частоты резонанса динамика (см. Шифман Д. Х. Громкоговорители. М. 1965., с. 120 - 125)

[Сергей Шабад]

Наверное вы уже успели заметить, что акустическое оформление практически всех консольных радиоприемников 30-х годов представляют из себя открытые ящики. Открытое оформление было единственным массовым, производимым в промышленных масштабах оформлением для стационарных, как настольных, так и консольных приёмников и радиол, а переносные радиоприемники и магнитолы имеют открытое оформление и до сего дня. Массовая автомобильная акустика так же имеет открытое оформление (за исключением автомобильных сабвуферов). Интересно, сколько миллионов устройств с открытым оформлением было произведено с 20-х - 30-х годов по наше время? Миллионы? Десятки или сотни миллионов? Миллиарды?
Удивительно, но расчет, если он и производился, сводится всего к одной единственной формуле:

Fя=85√(Rэ/Vя),

где Fя - резонансная частота ящика, Гц;
Rэ - эквивалентный радиус отверстия, м. Для прямоугольного отверстия Rэ=√(S/3.14);
S - площадь прямоугольного отверстия задней стороны открытого ящика, м.кв.;
Vя - объём ящика, м. куб.
Из колоссального, накопленного за 100 лет опыта следует, что частота настройки открытого ящика, должна составлять Fя=1,5 ... 2 Fs
В этом случае будет компенсирован провал на АЧХ высокодобротного динамика выше его резонансной частоты.
В отличии от закрытого оформления, резонансная частота динамика при установке его в открытый ящик окажется не выше, а несколько ниже его резонансной частоты без оформления.

Парадокс, как может понизиться резонансная частота динамика, после его установки в открытый ящик!?

[Сергей Шабад]

Объяснение этому парадоксу такое: снижению частоты основного резонанса при установке динамика в открытый ящик способствует присоединение к массе его подвижной системы некоторой части массы воздушного объёма, ограниченного боковыми стенками корпуса. Этот эффект тем больше, чем глубже открытый ящик (см. Йофе В. К., Лизунков В. М. Бытовые акустические системы. М. 1984, с. 39-40)
Повышению отдачи динамика в НЧ регистре в открытом оформлении способствует также установка жесткой (не электрокартон, а фанера, ДСП и т.п.) перфорированной задней стенки. В этом случае, задняя стенка становится "полупрозрачной", часть излучения беспрепятственно выходит наружу через прозрачную часть задней стенки (при условии достаточно больших отверстий, что бы свести трение воздушного потока к минимуму), а непрозрачная часть (промежутки между отверстиями) образует акустическую нагрузку на тыльную сторону диффузора. При достаточно большом количестве перфораций повышения жесткости воздушного объёма в корпусе, а значит и повышения резонансной частоты динамика, не происходит (см. вложение)

Кроме того, отверстия в задней стенке открытого ящика играют роль порта фазоинвертора, образованного совместно с внутренним объемом ящика. Выбирая количество отверстий (т.е. совокупную площадь порта) и толщину задней стенки (т.е. длину трубы) можно настроить такой фазоинвертор на нужную частоту. Если настроить этот фазоинвертор на резонансную частоту динамика, то уменьшится выброс импедансной кривой на Z-характеристике динамика, что при работе от лампового усилителя без ООС очень важно. Можно выбрать частоту настройки на 0.6 - 0.8 Fs или на 1,5 ... 2 Fs для снижения нижней граничной частоты или для выравнивания частотной характеристики, как было указано выше.

[Сергей Шабад]

Хочу особо подчеркнуть, что применение в открытом ящике жесткой перфорированной стенки находиться в русле самых современных инженерно-физических технических решений, как бы несуразно это ни звучало на первый взгляд. Приведу только два примера:
1. Оптический квантовый генератор, Лазер. Суть работы лазера заключается в том, что активная излучающая среда находиться между двумя зеркалами, одно из которых - полупрозрачное. Это зеркало частично отражает излучение обратно в сторону активной среды, что бы вызвать новую порцию вынужденного излучения, а частично пропускает излучения наружу.
2. Запутывание квантовых частиц. Для запутывания фотонов, их поток пропускается через кристалл с нелинейными оптическими свойствами. При определенных условиях часть фотонов образует спутанные пары и для их разделения используется..., правильно, полупрозрачное зеркало, установленное под углом к потоку.
Ну а теперь, чертеж аутентичного оформления для винтажного динамика диаметром 30 см. (см. вложение) с полупрозрачной (!) задней стенкой. Ниже приведу дополнительные пояснения.

P.S.
Загрузил уточненный чертеж

[herisson]

Отличная тема Сергей!Затроньте в дальнейшем пожалуйста вопрос материала корпуса.Вопрос не праздный...люди начнут строить из хрени типа ДСП а затем будут удивляться результату.
На верхней стенке тоже указана антигулкая решетка?

[Сергей Шабад]

Для подсчета собственных частот открытого корпуса разделим условно весь его объём на три части, полупрозрачная (общий объём Vо), непрозрачная (нижняя часть Vн) и прозрачная части (верхняя часть Vв), причем
Vо = Vн + Vв
В формировании собственных частот воздушного объёма корпуса участвует как нижний (непрозрачный) объём Vн, так и общий (полупрозрачный) объём Vо. Верхний объём Vв, являясь прозрачным, в формировании собственных частот не участвует.
Полупрозрачный объём корпуса:

Vо =1300мм х 500мм х 500мм = 13дм х 5дм х 5дм = 325 л (0.325 м. куб.)

Высота непрозрачного объёма 800 мм (см. рис.), тогда

Vн = 800мм х 500мм х 500мм = 8дм х 5дм х 5дм = 200 л (0.2 м. куб.)

[Сергей Шабад]

Сообщение от herisson

Отличная тема Сергей!Затроньте в дальнейшем пожалуйста вопрос материала корпуса.Вопрос не праздный...люди начнут строить из хрени типа ДСП а затем будут удивляться результату.
На верхней стенке тоже указана антигулкая решетка?

Да, всего три решетки, две боковые и одна верхняя. Они выполняют роль устранения гула, но основное предназначение - рассеивать излучение тыльной стороны диффузора.

[Сергей Шабад]

Площадь всех отверстий (кроме передней стенки), включая прямоугольные отверстия сверху и по бокам, равна эффективной площади излучения динамика. Для 30 см (12") динамика эта площадь равна 0,06 кв. м.
Используя формулу из поста #13 получим первую пару собственных частот корпуса: для всего объёма F1=55 Гц, для нижнего объёма F2=70 Гц.

[Сергей Шабад]

Продолжая менять частоту нашего виртуального генератора, подключенного к АС, обнаружим еще две собственные частоты корпуса, которые обязаны своему возникновению ненулевой толщине стенок корпуса, а значит наличию в конструкции обобщенной трубы порта фазоинвертора. Суммарная площадь поперечного сечения отверстия "трубы" фазоинвертора равна эффективной площади диффузора - 0,06 кв. м. При толщине стенок 10 мм, длина "трубы" в метрах 0.01 м., тогда собственная частота для всего объёма F3=235 Гц, для нижнего объёма это F4=300 Гц.
Кроме того, непрозрачная, нижняя часть корпуса (Vн=200 л) совместно с поперечным сечением корпуса на границе с верхним прозрачным объёмом площадью 0.25 кв. м. (Rэ=0.28 м. кв.) также образует резонатор с собственной частотой F5=100 Гц.