Расчет короба для сабвуфера

Итак, вы определились с сабвуфером, подобрали к нему усилитель, выбрали акустическое оформление и решили самостоятельно изготовить корпус. Перед тем как создать чертеж вам нужно рассчитать короб для сабвуфера, то есть получить исходные данные. Для закрытого ящика — это объем; для фазоинвертора — это объем корпуса, площадь сечения порта и его длина; для четвертьволнового резонатора — длина и площадь сечения тоннеля; для бандпассов — объем отсеков, площадь и длина портов, форма корпуса. Все эти параметры нужно рассчитать и для этого применяются специальные программы. Основой для всех калькуляций являются параметры Тиля — Смолла.

Смысл правильного расчета сабвуфера заключается в том, что бы спроектировать такое оформление, в котором динамик будет выдавать бас, подходящий для ваших вкусов и музыкальных предпочтений. Например, для закрытого ящика плавность АЧХ и характер звучания будет зависеть от объема корпуса, который вам нужно будет подобрать исходя из характеристик вашего сабвуферного динамика; для фазоинвертора частота настройки и горб АЧХ зависит от объема корпуса, объема порта, его длины формы и сечения и т.д.

Как рассчитать и вычислить объем корпуса для сабвуфера

Бандпасс или полосовая система представляет собой акустический фильтр верхних и нижних частот. Конструкция бывает четвёртого и шестого порядков. Акустическая низкочастотная система состоит из двух секций, каждая из которой оборудована фазоинвертором. Секции разделены на два объёма перегородкой, на которой установлен громкоговоритель. Передняя и задняя плоскости диффузора работают в своём пространстве. Колонка с двумя объёмами и одним фазоинвертором является бандпасом четвёртого порядка, а система с двумя фазоинверторами, относится к шестому порядку. Рассчитать ящик для сабвуфера системы бандпасс будет сложнее всего.При расчёте литража сабвуфера учитывается не только размер динамика, но и частоты срезов акустических фильтров.

Какими бывают короба для сабвуфера?

Существует несколько типов ящиков для сабвуфера. От конструкции короба напрямую зависит качество звука, которое Вы получите на выходе. Ниже представлены наиболее популярные типы сабвуферов:

• Закрытый ящик – наиболее простой в изготовлении и проектировке, его название говорит само за себя. Низкочастотный динамик помещается в герметичный деревянный корпус, который улучшает его акустические характеристики. Изготовить сабвуфер в авто с таким корпусом довольно просто, однако он имеет самый низкий КПД.
• Бандпас 4-го порядка – это тип сабвуфера, корпус которого разделен на камеры. Объемы этих камер разные, в одной из них размещен динамик, а во второй – фазоинвертор (воздуховод). Одной из особенностей этого типа сабвуфера является способность конструкции ограничивать частоты, которые воспроизводит диффузор.
• Бандпас 6-го порядка отличается от 4-го порядка наличием еще одного фазоинвертора и еще одной камеры. Есть два типа бандпасов 6-го порядка – первый имеет один фазоинвертор, а второй два (один из них общих для обеих камер). Этот тип короба является наиболее сложным в проектировании, но выдает максимальный КПД.
• Фазоинвертор – сабвуфер со специальной трубкой в корпусе. Она выводит воздух и обеспечивает дополнительное звучание от задней части динамика. По сложности в изготовлении и качеству звучания этот тип нечто среднее между закрытым ящиком и бандпасом.

Желая получить наиболее качественное звучание, можно остановить свой выбор на бандпасах. Но конструкция этого типа имеет множество деталей, которые надо тщательно спроектировать и просчитать. Все это можно сделать с помощью специальной программы WinlSD, которая не только определит оптимальный размер и объем сабвуфера, но и создаст его 3D модель, а также просчитает размеры всех деталей.

К сожалению, эта программа требует хотя бы минимальный знаний в этой сфере и рядовому автолюбителю навряд ли удастся сделать все верно с первого раза. Тем более, для того, чтобы программа правильно работала, ей необходимы некоторые параметры динамика, которые также известны не всем. Если Вы не планируете принимать участие в соревнованиях по авто-звуку советуем отбросить бандпасы.

Фазоинвертор будет наиболее оптимальным решением для самодельного сабвуфера. Этот тип короба хорош тем, что трубка (фазоинвертор) позволяет лучше воспроизводить самые низкие частоты. Фактически это дополнительный источник звука, который содействует звучанию сабвуфера и повышает КПД.

Программы для расчета корпуса сабвуфера

Что нужно знать перед установкой JBL SpeakerShop?

Данная программа, для расчёта сабвуфера, может быть установлена лишь на компьютер с ОС Windows. К сожалению, она выпущена давно, и потому совместима только с версиями от XP и ниже. Для установки на более поздние версии системы (Windows 7, 8, 10) потребуется специальный эмулятор, позволяющий имитировать XP.

К числу наиболее популярных, и при этом бесплатных программ, позволяющих имитировать более ранние версии «винды», можно отнести Oracle Virtual Box. Она предельна проста и понятна. Только с учётом сказанного, и после проведения предварительных манипуляций можно устанавливать программу JBL SpeakerShop.

Что предполагает калькулятор расчета корпуса сабвуфера

Как правило, качественный калькулятор расчета корпуса сабвуфера производит все действия на бесплатной основе. При этом все этапы расчета будут приближенными к номинальным техническим характеристикам.

Самой популярной программой на русском языке, позволяющей производить полный расчет всех параметров, можно назвать Speaker Box Lite.

С ее помощью реально рассчитать не только объем корпуса сабвуфера, но и:

• толщину используемого материала;
• габариты закрытого ящика в миллиметрах;
• диаметр вырезок отверстий под динамики;
• объем полезного типа в литрах;
• типы, выполняемых функций.

При этом программа-калькулятор поможет качественно произвести все расчеты только после того, как точно определен тип короба – закрытый или открытый с имеющимся инверторами. Возможно будет не только рассчитать чистый объем корпуса, но и настроить порты.

Как работать с JBL SpeakerShop?

Весь функционал программы делится на два больших модуля. С помощью первого можно рассчитать объем короба для сабвуфера. С помощью второго рассчитывается кроссовер. Для того, чтобы приступить к расчёту, следует открыть SpeakerShop Enclosure Module.

В нём имеется возможность моделирования АЧХ для закрытых ящиков, фазоинверторных корпусов, бандпассов, а также пассивных радиаторов. В практике чаще всего используют два первых варианта. Множество полей для ввода может сбить с толку.

Однако не стоит отчаиваться.

Для того чтобы рассчитать литраж, вполне достаточно использовать лишь три параметра:

• резонансная частота (Fs);
• эквивалентный объем (Vas);
• полная добротность (Qts).

Для повышения точности расчёта допустимо использовать и другие характеристики. Их можно найти в руководствах к динамикам или в интернете. Всё же, как было сказано выше, можно вполне обойтись и этой тройкой характеристик, называемых параметрами Тиля-Смола.

Ввести эти параметры можно в форму, которая появиться после нажатия клавиш Ctrl+Z. Помимо этого, к форме можно перейти после выбора пункта меню Loudspeaker — Parametersminimum. После введения данных программа предложит подтвердить их.

На следующем этапе необходимо смоделировать амплитудно-частотную характеристику, далее — АЧХ.

Igor Smyshlyaev’s Free Online Volume Box Calculator v.3.0

В связи с наступлением учебного года, чуток поразмыслив, да почитав запросы типа «Volume Box Calculator v.2.0 скачать бесплатно», Мастер решил сделать «ход конём» и отдать сиё творение во всенародное пользование — на халяву. Правда в переработанном виде, с улучшенными функциями.

Как пользоваться калькулятором?

Нажать для просмотра видеоинструкции на отдельной странице — перенесена для увеличения скорости расчёта калькулятора с мобильных устройств.

Что было раньше в калькуляторе объёма сабвуфера версии 2.0?

1. Расчёт внутреннего и внешнего объёма, наружных размеров короба.
2. Вычисление деталей будущего сабвуфера.
3. Оффлайн версия(Автор: Игорь Смышляев aka Master Airsound) для Microsoft Excel*

Что добавилось?

1. Расчёт внутреннего и внешнего объёма, наружных размеров щелевого фазоинвертора, если он есть.
2. Вычитание объёмов корзины динамика и фазоинвертора, с отображением чистого объёма.
3. Считать можно как по внешним, так и по внутренним данным корпуса не вводя лишних значений.
4. Обычный фазоинвертор в виде трубы тоже теперь есть в калькуляторе.
5. Вычисление частоты настройки фазоинвертора, исходя из имеющихся данных чистого объёма короба и размеров ФИ. Считается по известным формулам.
6. Площадь отверстия для круглого и расчётный диаметр для щелевого фазика. Чтобы было ясно чем заменяется.

Что планируется добавить?

1. Вычисление приблизительного объёма корзины динамика по диаметру вырезаемого отверстия под него и глубине его посадки.
2. База данных коробов для любых динамиков — после окончательного расчёта короба, Вы можете сохранить свой расчёт в общий список, добавив свой логин и примечание. С последующим поиском по модели или логину.
3. Количество одинаковых фазоинверторов в коробе.
4. Предлагайте в комментах…

P.S. Делал для себя, ибо не всегда под рукой есть компьютер со специализированными программами, а вот телефон с подключением к интернету — практически постоянно. 🙂

P.P.S. Знаю, благодарить за халяву в этой стране не положено, но если Вам есть что сказать…

* все права на программу Excel принадлежат компании Microsoft.
Доработки калькулятора.

23 февраля 2013

1. Толщина стенок фазоинвертора заменена на количество. Сделано для точности расчёта. Теперь в поле Стенок: необходимо указать цифру количества добавляемых стенок в короб для получения фазоинвертора.

Причём количество стенок указывается абсолютное, как для прямого фазоинвертора.

2. Для чистого объёма короба теперь тоже рассчитывается объём в кубических футах.

25 февраля 2013

1. Расчёт цилиндрического фазоинветрора, в нём учитывается также толщина стенок, которая может быть и 0,2 см. И конечно же высчитывается чистый объём, занимаемый ФИ в коробе, исключая толщину материала, через который проходит фазик.

При заполнении данных для обычного фазоинвертора и щелевого(желающие попробовать всегда найдутся), приоритет отдаётся последнему, чтобы не получалось наличие двух разных видов фазиков в корпусе.

2. Дата расчёта по московскому времени — чтобы не путаться в распечатках. Кстати, распечатать полученные данные можно, если кликнуть на иконку принтера ниже этой статьи.

22 марта 2013 года — День Рождения блога.

1. Некоторая работа с формулами позволила расчитывать частоту настройки фазоинвертора относительно чистого объёма короба «на лету». То есть Вы задаёте параметры и получаете результат в Герцах. Здесь по умолчанию принимается, что фазоинвертор не висит свободно в воздухе, а расположен заподлицо со стенкой.

2. Также производится расчёт площади отверстия для любого типа ФИ и диаметра, который соответствует щелевому ФИ по его параметрам. Это позволяет делать щелевой порт, зная критичные значения для круглого фазоинвертора.

25 февраля 2014 года

Видеоинструкция по расчёту короба в онлайн-калькуляторе.

Делаем короб фазоинверторного типа

Итак, с выбором короба определились и пора переходить к процессу изготовления.

Примеры расчета закрытого ящика

Пример №1. Пусть, например используется динамик с параметрами f0=30 Гц, Q=0,4, Vэ=60 л. Находим предварительное А = 2,65*10-3√(303*100*10-3/0,4)=0,218.

Пусть требуется подобрать для этого динамика объем оформления V, при котором спад частотной характеристики должен составлять 6 Дб на граничной частоте АС fгр=40 Гц.

Из точки ωrp/ω0 = 40*30=1,33 на горизонтальной оси восстанавливаем ординату до пересечения с кривой с отметкой 6 Дб и из этой точки проводим прямую параллельную оси абсцисс до пересечения с кривой V/Vэ. Получаем V/Vэ = 0,95.Отсюда V = 0,95 Vэ= 0,95*100=95 л. Этому значению V/Vэ по правой вертикальной оси значение √(1+V/Vэ)=1,4. Следовательно, pст = 2,18*1,4=0,305 Па. По графику находим соотношение ωrp/ω0=f01/f0=1,4. Отсюда f01 = 1,4f0=1,4*30=42 Гц.

Пример №2. Рассчитывать закрытый ящик можно не только по графикам, но и по приведенным формулам. Пусть, например, требуется рассчитать объем закрытого ящика АС с нижней граничной частотой 50Гц, имеющих головку 10ГД-36 (f0=38 Гц, Q=0,8, Vэ=60 л).

1. Определяем объем оформления из формулы (3): V = 60/(50/38)2-1)= 83 л.
2. Находим добротность динамика в закрытом ящике из формулы (6): Q01=0.8√(1+60/83) = 1.05
3. Минимальная неравномерность частотной характеристики имеет место при Q0=1. Так что полученная неравномерность частотной характеристики из-за пика на частоте ω1 практически минимальна и составляет всего около 1,5дБ.

Материалы

В первую очередь, нам понадобятся материалы. Как правило, это должна быть составляющая, которая бы представляла собою прочный материал, отменно изолирующий звук. Многослойная фанера подойдет для этих целей лучше всего.

Примечание. В крайнем случае, если невозможно будет найти фанеру, подойдет и ДСП.

Кроме того, будет подготовить это:

• Саморезы в количестве 100 штук, желательно 50-55 мм.
• Какой-нибудь шумоизоляционный материал.
• Жидкие гвозди или силикон.
• Клей ПВА.
• Герметик.
• Кусок карпета на 3 метра.

FAQ по динамикам и сабвуферам

В связи с множественными вопросами, как рассчитать корпуса для динамиков я выкладываю несколько статей, связанных с расчетом акустического оформления для сабвуферов. Не забываем, что акустическое оформление важно для НЧ динамиков. И так начинаем….

В последнее время стало слышно очень много вопросов про динамики и сабвуферы. Подавляющее большинство ответов можно получить на первых трех страницах любой книги, написанной профессионалами. Материал адресован в первую очередь начинающим, ленивым;) и сельским самодельщикам, подготовлен на основе книг И.А. Алдощиной, В.К. Иоффе, отчасти Эфрусси, журнальных публикаций в Wireless World , АМ и (немного) личного опыта . Не использовалась информация из Интернета и ФИДОнета.

Материал никоим образом не претендует на полноту освещения проблемы, а представляет собой попытку объяснить на пальцах азы акустики.

Чаще всего вопрос звучит примерно так: «нашел динамик, что с ним делать?», или «Товарищ, а говорят такие сабвуферы бывают…». Здесь мы рассмотрим только один вариант решения этой проблемы: По имеющемуся динамику сделать ящик, с оптимальными параметрами на HЧ, насколько это возможно. Этот вариант сильно отличается от задачи заводского конструктора-натянуть нижнюю частоту системы до необходимой по ТУ величины

Инструменты

Что касается инструментов, то подойдут следующие принадлежности:

• Шуруповерт или дрель на крайний случай.
• Клеммник.
• Электрическая пила и желательно такой же рубанок.

Заполнение ЗЯ звукопоглощающим материалом

Все сказанное выше справедливо для ЗЯ, не заполненных звукопоглощающим материалом. Процесс сжатия и расширения воздуха при работе громкоговорителя в этом случае считается адиабатическим. В физике адиабатический процесс — это такой процесс, при котором система не обменивается теплом с окружающим пространством.

При работе ЗЯ процессы происходят слишком быстро, и система не успевает обмениваться теплом с окружающим пространством. Если внутреннее пространство ЗЯ заполнять рыхлым звукопоглощающим материалом, адиабатический процесс сменяется изотермическим. В физике изотермический процесс — процесс, протекающий при постоянной температуре.

Заполнение ЗЯ (задней стенки в первую очередь, стенок и части объема) звукопоглощающим материалом эквивалентно увеличению объема ЗЯ в пределе в 1,4 раза, что снижает резонансную частоту громкоговорителя в ЗЯ. Также, звукопоглощающий материал улучшает АЧХ в области средних и высоких частот вследствие подавления резонансных явлений.

По факту, так далеко не заходят, и заполняют ящик рыхлым материалом лишь на 50-60%, оценивая работу акустики после добавления каждой новой порции материала. Обычно добиваются увеличения эквивалентного объема ящика на 15-20%. Наиболее эффективно добавление звукопоглощающего материала в системы с компрессионным подвесом — малые акустические системы.

Маленький короб для сабвуфера

Некоторые автомобилисты не стремятся к мощному басу, а хотят немного улучшить звуковую картину в салоне. Для этого подойдёт небольшой сабвуфер. Для такой конструкции подойдут динамики 8 дюймов. Некоторые компании выпускают громкоговорители диаметром 6 дюймов, но их сложно найти. Как правильно сделать короб для сабвуфера. Сабвуфер для маленького громкоговорителя имеет маленький литраж, следовательно, займёт немного места в багажном отсеке автомобиля. Не нужно слишком уменьшать размеры конструкции, но и увеличивать так же не следует. Увеличение размеров короба приведёт к тому, что низкие частоты будут «расползаться» и бас будет нечётким. Если объем будет меньше той величины, которая нужна для динамика определённого диаметра, то низы будут слишком быстрыми и будут буквально бить по барабанным перепонкам.

Чертежи на корпус для сабвуфера

Если нет времени и желания самостоятельно рассчитывать ящик сабвуфера своими руками, можно взять готовые расчёты и чертежи. Если нужно сделать бас очень глубоким и мощным можно сделать короб для сабвуфера на два динамика. В этом случае конструкция может быть в виде закрытого ящика или фазоинверторной. Оба громкоговорителя должны быть однотипными и с одинаковой частотой резонанса, иначе сложно будет настроить фазоинвертор. Если нет опыта по работе с автомобильной акустикой, то первый сабвуфер лучше делать по схеме закрытого ящика. Фазоинверторный сабвуфер с одним громкоговорителем так же несложно сделать своими руками. Не следует, не имея опыта, браться за такую систему, как бандпасс. Результат в любом случае будет не удовлетворительным.

Внимание! Не забудьте о разминке!

Чтобы Ваш новый сабвуфер служил долго — тщательно разомните его. Для этого не нужно делать ничего особенного, достаточно лишь не подавать на сабвуфер много мощности в первые несколько дней эксплуатации. По ходу разминки Вы услышите, как сабвуфер начнет работать значительно ниже и громче. Постепенно наращивайте громкость до появления искажений. В повседневной эксплуатации необходимо с помощью индикатора искажений DD следить за чистотой сигнала, а так же, правильно настроить фильтры.