Lý thuyết và thực hành phản xạ âm trầm

Biên tập viên Lưu ý: Một bài viết của một chuyên gia âm học người Ý, được sao chép ở đây với sự ban phước của tác giả, ban đầu được gọi là Teoria e pratica del condotto di accordo. Đó là, trong một bản dịch nghĩa đen - "Lý thuyết và thực hành của biến tần pha." Tiêu đề này, theo chúng tôi, tương ứng với nội dung của bài viết chỉ chính thức. Thật vậy, chúng ta đang nói về tỷ lệ của mô hình lý thuyết đơn giản nhất của biến tần pha và những bất ngờ mà thực tiễn đang chuẩn bị. Nhưng đây là nếu chính thức và hời hợt. Nhưng về bản chất, bài viết chứa câu trả lời cho các câu hỏi phát sinh, đánh giá qua thư biên tập, mọi lúc khi tính toán và sản xuất một biến tần pha loa siêu trầm. Câu hỏi đầu tiên: Vượt qua Nếu bạn tính toán biến tần pha theo một công thức đã biết từ lâu, biến tần pha hoàn thành có tần số tính toán không? đã ăn khoảng một chục con chó trong suốt cuộc đời của nó, trả lời: Không, nó đã thắng được. Và sau đó anh ta giải thích tại sao và quan trọng nhất là thất bại bao nhiêu. Câu hỏi thứ hai: Tôi đã tính toán đường hầm, và nó quá dài đến nỗi nó không phù hợp với bất cứ nơi nào. Phải làm gì? Ở đây, Người ký tên đưa ra những giải pháp nguyên bản đến nỗi chính là khía cạnh này trong các tác phẩm của anh ta mà chúng tôi đã đặt trong tiêu đề. Vì vậy, từ khóa trong tiêu đề mới không nên được hiểu bằng tiếng Nga mới (nếu không chúng ta sẽ viết: Lân trong biến tần pha ngắn), nhưng hoàn toàn theo nghĩa đen. Về mặt hình học. Và bây giờ sàn cho bài phát biểu là Signor Matarazzo. Phải làm gì? Ở đây, Người ký tên đưa ra những giải pháp nguyên bản đến nỗi chính là khía cạnh này trong các tác phẩm của anh ta mà chúng tôi đã đặt trong tiêu đề. Vì vậy, từ khóa trong tiêu đề mới không nên được hiểu bằng tiếng Nga mới (nếu không chúng ta sẽ viết: Lân trong biến tần pha ngắn), nhưng hoàn toàn theo nghĩa đen. Về mặt hình học. Và bây giờ sàn cho bài phát biểu là Signor Matarazzo. Phải làm gì? Ở đây, Người ký tên đưa ra những giải pháp nguyên bản đến nỗi chính là khía cạnh này trong các tác phẩm của anh ta mà chúng tôi đã đặt trong tiêu đề. Vì vậy, từ khóa trong tiêu đề mới không nên được hiểu bằng tiếng Nga mới (nếu không chúng ta sẽ viết: Lân trong biến tần pha ngắn), nhưng hoàn toàn theo nghĩa đen. Về mặt hình học. Và bây giờ sàn cho bài phát biểu là Signor Matarazzo.

Biến tần pha: trong ngắn hạn!

Jean-Piero MATARAZZO Dịch từ tiếng Ý bởi E. Zhurkova

Về tác giả: Jean-Piero Matarazzo sinh năm 1953 tại thành phố Avellino, Ý. Từ đầu những năm 70, ông đã làm việc trong lĩnh vực âm học chuyên nghiệp. Trong nhiều năm, anh chịu trách nhiệm thử nghiệm các hệ thống loa cho Tạp chí Suono (Nhật ký âm thanh). Vào những năm 90, ông đã phát triển một số mô hình toán học mới về quá trình phát ra âm thanh bằng các bộ khuếch tán loa và một số dự án về hệ thống âm thanh cho ngành công nghiệp, bao gồm cả mô hình Opera phổ biến ở Ý. Từ cuối những năm 90, ông đã tích cực cộng tác với các tạp chí Audio Review, Digital Video và quan trọng nhất là chúng tôi, ACS (Audio Car Stereo). Trong cả ba, ông là người đi đầu trong việc đo các thông số và kiểm tra âm học. Còn gì nữa không? .. Đã kết hôn. Hai đứa con trai lớn lên, 7 tuổi và 10 tuổi.

Hình 1. Sơ đồ của bộ cộng hưởng Helmholtz. Điều đó từ đó mọi thứ đến.

Hình 2. Thiết kế cổ điển của phản xạ âm trầm. Hơn nữa, ảnh hưởng của bức tường thường không được tính đến.

Hình 3. Biến tần pha với một đường hầm, các đầu của chúng ở trong không gian trống. Không có hiệu ứng tường.

Hình 4. Bạn có thể mang đường hầm ra ngoài. Ở đây một lần nữa, "kéo dài ảo" sẽ xảy ra.

Hình 5. Bạn có thể nhận được một phần mở rộng ảo của người Viking, ở cả hai đầu của đường hầm, nếu bạn tạo một mặt bích khác.

Hình 6. Đường hầm có rãnh nằm cách xa các bức tường của hộp.

Hình 7. Đường hầm có rãnh nằm gần tường. Kết quả của sự ảnh hưởng của bức tường, chiều dài âm thanh của nó là nhiều hơn hình học.

Hình 8. Một đường hầm hình nón cắt ngắn.

Hình 9. Kích thước chính của đường hầm hình nón.

Hình 10. Kích thước của phiên bản rãnh của đường hầm hình nón.

Hình 11. Đường hầm hàm mũ.

Hình 12. Đường hầm đồng hồ cát.

Hình 13. Kích thước chính của đường hầm đồng hồ cát.

Hình 14. Phiên bản có rãnh của đồng hồ cát.

Công thức ma thuật

Một trong những mong muốn phổ biến nhất trong e-mail của tác giả là cung cấp một công thức ma thuật của YouTube, qua đó người đọc ACS có thể tự tính toán biến tần pha. Điều này, về nguyên tắc, không khó. Biến tần pha là một trong những trường hợp thực hiện một thiết bị gọi là bộ cộng hưởng Helmholtz. Công thức tính toán nó không phức tạp hơn nhiều so với mô hình phổ biến nhất và giá cả phải chăng của một bộ cộng hưởng như vậy. Một chai Coca-Cola rỗng (chỉ cần một chai, không phải là lon nhôm) chỉ là một bộ cộng hưởng được điều chỉnh theo tần số 185 Hz, điều này được kiểm tra. Tuy nhiên, bộ cộng hưởng Helmholtz thậm chí còn cũ hơn nhiều so với cái này, nó đang dần trở nên lỗi thời trong bao bì của một loại đồ uống phổ biến. Tuy nhiên, thiết kế cổ điển của bộ cộng hưởng Helmholtz tương tự như một cái chai (Hình 1). Để một bộ cộng hưởng như vậy hoạt động, điều quan trọng là

Trong đó Fb là tần số điều chỉnh tính bằng Hz, s là tốc độ âm thanh bằng 344 m / s, S là diện tích đường hầm tính bằng sq. m, L - chiều dài đường hầm tính bằng m, V - thể tích hộp trên một mét khối. m. = 3.14, điều này tự nó.

Công thức này thực sự kỳ diệu, theo nghĩa là cài đặt của phản xạ âm trầm không phụ thuộc vào các thông số của loa sẽ được cài đặt trong đó. Âm lượng của hộp và kích thước của đường hầm, tần số điều chỉnh được xác định một lần và mãi mãi. Tất cả mọi thứ, dường như, được thực hiện. Bắt xuống Giả sử chúng ta có một hộp 50 lít. Chúng tôi muốn biến nó thành một thùng phản xạ âm trầm với cài đặt 50 Hz. Họ quyết định làm cho đường kính của đường hầm là 8 cm. Theo công thức vừa đưa ra, tần số điều chỉnh 50 Hz sẽ đạt được nếu chiều dài của đường hầm là 12,05 cm. Chúng tôi cẩn thận chế tạo tất cả các bộ phận và lắp ráp chúng vào cấu trúc, như trong Hình. 2, và để xác minh, chúng tôi đo tần số cộng hưởng thực sự thu được của phản xạ âm trầm. Và chúng tôi thấy, thật ngạc nhiên, nó không bằng 50 Hz, vì nó phải theo công thức, nhưng là 41 Hz. Vấn đề là gì và chúng ta sai ở đâu? Vâng, không nơi nào. Phản xạ âm trầm được xây dựng mới của chúng tôi sẽ được điều chỉnh theo tần số gần với tần số thu được bằng công thức Helmholtz nếu nó được thực hiện như trong hình. 3. Trường hợp này gần nhất với mô hình lý tưởng mà công thức mô tả: ở đây cả hai đầu của đường hầm "treo lơ lửng trên không", tương đối xa bất kỳ chướng ngại vật nào. Trong thiết kế của chúng tôi, một trong những đầu của đường hầm giao phối với tường hộp. Đối với không khí dao động trong đường hầm, nó không phải là không quan tâm, bởi vì ảnh hưởng của mặt bích nhàu ở cuối đường hầm, nó như thể kéo dài ảo của nó. Biến tần pha sẽ được điều chỉnh như thể chiều dài của đường hầm là 18 cm chứ không phải 12, như thực tế. ở đây, cả hai đầu của đường hầm "treo lơ lửng trên không", tương đối xa bất kỳ chướng ngại vật nào. Trong thiết kế của chúng tôi, một trong những đầu của đường hầm giao phối với tường hộp. Đối với không khí dao động trong đường hầm, nó không phải là không quan tâm, bởi vì ảnh hưởng của mặt bích nhàu ở cuối đường hầm, nó như thể kéo dài ảo của nó. Biến tần pha sẽ được điều chỉnh như thể chiều dài của đường hầm là 18 cm chứ không phải 12, như thực tế. ở đây, cả hai đầu của đường hầm "treo lơ lửng trên không", tương đối xa bất kỳ chướng ngại vật nào. Trong thiết kế của chúng tôi, một trong những đầu của đường hầm giao phối với tường hộp. Đối với không khí dao động trong đường hầm, nó không phải là không quan tâm, bởi vì ảnh hưởng của mặt bích nhàu ở cuối đường hầm, nó như thể kéo dài ảo của nó. Biến tần pha sẽ được điều chỉnh như thể chiều dài của đường hầm là 18 cm chứ không phải 12, như thực tế.

Lưu ý rằng điều tương tự xảy ra nếu đường hầm được đặt hoàn toàn bên ngoài hộp, một lần nữa căn chỉnh một đầu của nó với tường (Hình 4). Có một sự phụ thuộc theo kinh nghiệm của đường hầm ảo kéo dài ảo của đường hầm tùy thuộc vào kích thước của nó. Đối với một đường hầm tròn, một lát trong số đó nằm đủ xa so với các bức tường của hộp (hoặc các chướng ngại vật khác) và cái còn lại nằm trong mặt phẳng của tường, độ giãn dài này xấp xỉ bằng 0,85D.

Bây giờ, nếu chúng ta thay thế tất cả các hằng số trong công thức Helmholtz, hãy đưa ra một hiệu chỉnh cho độ giãn dài ảo ảo, và biểu thị tất cả các kích thước trong các đơn vị thông thường, công thức cuối cùng cho chiều dài của đường hầm bằng đường kính D, điều chỉnh hộp có âm lượng V theo tần số Fb, sẽ như sau:

Ở đây tần số tính bằng hertz, âm lượng tính bằng lít, và chiều dài và đường kính của đường hầm tính bằng milimét, như chúng ta đã quen.

Kết quả thu được không chỉ có giá trị vì nó cho phép người ta có được giá trị độ dài gần với giá trị cuối cùng ở giai đoạn tính toán mang lại giá trị cần thiết của tần số điều chỉnh, mà còn vì nó mở ra một số dự trữ nhất định để rút ngắn đường hầm. Chúng tôi đã giành được gần một đường kính. Bạn có thể rút ngắn đường hầm hơn nữa bằng cách duy trì cùng tần số điều chỉnh nếu bạn tạo mặt bích ở cả hai đầu, như trong Hình. 5.

Bây giờ, có vẻ như, mọi thứ đã được tính đến, và, được trang bị công thức này, chúng ta tưởng tượng mình là toàn năng. Chính ở đây, những khó khăn đang chờ chúng ta.

Khó khăn đầu tiên

Khó khăn đầu tiên (và chính) là như sau: nếu hộp âm lượng tương đối nhỏ cần được điều chỉnh ở tần số khá thấp, sau đó thay thế một đường kính lớn trong công thức cho chiều dài của đường hầm, chúng ta sẽ có chiều dài lớn. Hãy thử thay thế một đường kính nhỏ hơn - và mọi thứ đều ổn. Một đường kính lớn đòi hỏi một chiều dài lớn, và một cái nhỏ chỉ là nhỏ. Có chuyện gì vậy? Và đây là những gì. Di chuyển, nón loa với mặt sau của nó đẩy không khí thực sự không thể nén qua đường hầm phản xạ. Do thể tích không khí dao động là không đổi, tốc độ không khí trong đường hầm sẽ lớn hơn nhiều lần so với tốc độ dao động của bộ khuếch tán và diện tích mặt cắt ngang của đường hầm nhỏ hơn bộ khuếch tán bao nhiêu lần. Nếu bạn tạo một đường hầm nhỏ hơn hàng chục lần so với bộ khuếch tán, tốc độ dòng chảy trong nó sẽ lớn, và, khi nó đạt tới 25 - 27 mét mỗi giây, sự xuất hiện của nhiễu loạn và tiếng ồn máy bay là không thể tránh khỏi. Nhà nghiên cứu vĩ đại của hệ thống âm thanh R. Small đã chỉ ra rằng phần tối thiểu của đường hầm phụ thuộc vào đường kính của loa, hành trình tối đa của hình nón và tần số điều chỉnh phản xạ âm trầm. Nhỏ đã đề xuất một công thức hoàn toàn theo kinh nghiệm, nhưng không an toàn để tính kích thước đường hầm tối thiểu:

Nhỏ đã suy ra công thức của mình theo các đơn vị quen thuộc với anh ta, do đó đường kính của loa D, hành trình tối đa của bộ khuếch tán Xmax và đường kính tối thiểu của đường hầm Dmin được biểu thị bằng inch. Tần số điều chỉnh biến tần pha, như thường lệ, tính bằng hertz.

Bây giờ mọi thứ không còn màu hồng như trước. Nó thường chỉ ra rằng nếu bạn chọn đúng đường kính của đường hầm, nó sẽ dài ra vô cùng. Và nếu bạn giảm đường kính, có khả năng là ở công suất trung bình, đường hầm sẽ có tiếng còi. Ngoài tiếng ồn máy bay phản lực thích hợp, các đường hầm có đường kính nhỏ cũng dễ bị gọi là "cộng hưởng nội tạng", tần số cao hơn nhiều so với tần số của điều chỉnh phản xạ âm trầm và bị kích thích trong đường hầm bởi nhiễu loạn ở tốc độ dòng chảy cao.

Đối mặt với một vấn đề nan giải như vậy, độc giả ACS thường gọi cho tòa soạn và yêu cầu một giải pháp. Tôi có ba trong số họ: đơn giản, trung bình và cực đoan.

Một giải pháp đơn giản cho các vấn đề nhỏ

Khi chiều dài đường hầm được tính toán gần như khớp với vỏ máy và bạn chỉ cần giảm một chút chiều dài của nó với cùng một thiết lập và diện tích mặt cắt ngang, tôi khuyên bạn nên sử dụng một đường hầm có rãnh thay vì đường tròn và đặt nó không ở giữa bức tường phía trước của vỏ (như trong Hình 6) ), nhưng chặt chẽ ở một trong các bức tường bên (như trong Hình 7). Sau đó, ở cuối đường hầm bên trong hộp, hiệu ứng của "phần mở rộng ảo" sẽ bị ảnh hưởng do bức tường nằm bên cạnh nó. Các thí nghiệm cho thấy rằng với diện tích mặt cắt ngang và tần số điều chỉnh không đổi, đường hầm được hiển thị trong Hình. 7, hóa ra nó ngắn hơn khoảng 15% so với thiết kế, như trong Hình. 6. Về nguyên tắc, biến tần pha khe ít bị cộng hưởng nội tạng hơn vòng, nhưng để bảo vệ chính nó hơn nữa, Tôi khuyên bạn nên lắp đặt các bộ phận hấp thụ âm thanh bên trong đường hầm dưới dạng các dải nỉ hẹp được dán vào bề mặt bên trong của đường hầm trong khu vực có chiều dài bằng một phần ba chiều dài của nó. Đây là một giải pháp đơn giản. Nếu nó không đủ, bạn phải đi đến giữa.

Giải pháp trung bình cho các vấn đề lớn hơn

Giải pháp cho sự phức tạp trung gian là sử dụng đường hầm hình nón cụt, như trong hình. 8. Các thí nghiệm của tôi với các đường hầm như vậy cho thấy ở đây bạn có thể giảm diện tích mặt cắt ngang của cửa vào so với mức tối thiểu cho phép của công thức Nhỏ mà không có nguy cơ tiếng ồn máy bay. Ngoài ra, một đường hầm hình nón ít bị cộng hưởng nội tạng hơn nhiều so với đường hầm hình trụ.

Năm 1995, tôi đã viết một chương trình tính toán các đường hầm hình nón. Nó thay thế một đường hầm hình nón bằng một chuỗi các hình trụ và, bằng các xấp xỉ liên tiếp, tính toán chiều dài cần thiết để thay thế một đường hầm thông thường bằng một phần không đổi. Chương trình này được thực hiện cho tất cả mọi người, và nó có thể được thực hiện trên trang web của tạp chí ACS http: //www.audiocarst bd.it/trong phần Phần mềm ACS. Một chương trình nhỏ hoạt động trong DOS, bạn có thể tải xuống và tự đếm. Và bạn có thể làm khác đi. Khi chuẩn bị phiên bản tiếng Nga của bài viết này, kết quả tính toán của chương trình CONICO đã được tóm tắt trong một bảng mà bạn có thể lấy phiên bản hoàn chỉnh. Bảng được biên soạn cho một đường hầm có đường kính 80 mm. Giá trị đường kính này phù hợp với hầu hết các loa siêu trầm có đường kính khuếch tán 250 mm. Sau khi tính toán độ dài đường hầm cần thiết bằng công thức, hãy tìm giá trị này trong cột đầu tiên. Ví dụ, theo tính toán của bạn, hóa ra bạn cần một đường hầm dài 400 mm, ví dụ, để thiết lập một hộp 30 lít với tần số 33 Hz. Dự án không tầm thường, và đặt một đường hầm như vậy bên trong một hộp như vậy sẽ không dễ dàng. Bây giờ hãy nhìn vào ba cột tiếp theo. Kích thước của đường hầm hình nón tương đương được tính toán bởi chương trình được đưa ra ở đó. có chiều dài sẽ không còn 400, mà chỉ 250 mm. Một vấn đề khác. Các kích thước trong bảng có nghĩa là gì được hiển thị trong hình. 9.

Bảng 2 được biên soạn cho đường hầm ban đầu với đường kính 100 mm. Điều này phù hợp với hầu hết các loa siêu trầm có đầu đường kính 300 mm.

Nếu bạn quyết định tự mình sử dụng chương trình, hãy nhớ: một đường hầm có hình nón cụt được tạo ra với góc nghiêng của tướng rộng từ 2 đến 4 độ. Góc này lớn hơn 6 - 8 độ không được khuyến nghị, trong trường hợp này, nhiễu loạn và nhiễu máy bay có thể xảy ra ở đầu vào (hẹp) của đường hầm. Tuy nhiên, ngay cả với một độ côn nhẹ, sự giảm chiều dài của đường hầm là khá đáng kể.

Một đường hầm hình nón cắt ngắn không phải là hình tròn. Giống như một hình trụ thông thường, đôi khi thuận tiện hơn để làm cho nó ở dạng khe. Thậm chí, như một quy luật, thuận tiện hơn, bởi vì sau đó nó được lắp ráp từ các bộ phận phẳng. Kích thước của phiên bản khe của đường hầm hình nón được hiển thị trong các cột sau của bảng và ý nghĩa của các kích thước này được hiển thị trong Hình. 10.

Thay thế một đường hầm thông thường bằng một hình nón có thể giải quyết nhiều vấn đề. Nhưng không phải tất cả. Đôi khi chiều dài của đường hầm quá lớn đến nỗi rút ngắn nó thậm chí 30 - 35% là không đủ. Đối với những trường hợp nghiêm trọng như vậy, có ...

... một giải pháp cực đoan cho những vấn đề lớn

Một giải pháp cực đoan là sử dụng một đường hầm với các đường viền theo cấp số nhân, như trong Hình. 11. Tại một đường hầm như vậy, diện tích mặt cắt trước tiên giảm dần, và sau đó cũng tăng dần đến mức tối đa. Từ quan điểm về sự nhỏ gọn cho một tần số điều chỉnh nhất định, khả năng chống lại tiếng ồn máy bay phản lực và cộng hưởng nội tạng, một đường hầm theo cấp số nhân là vô song. Nhưng nó không có sự phức tạp về sản xuất, ngay cả khi các đường viền của nó được tính theo nguyên tắc giống như đã được thực hiện trong trường hợp đường hầm hình nón. Để vẫn có thể tận dụng lợi thế của đường hầm theo cấp số nhân trong thực tế, tôi đã đưa ra cách sửa đổi của nó: đường hầm mà tôi gọi là đồng hồ cát (Hình 12). Đường hầm đồng hồ cát bao gồm một phần hình trụ và hai hình nón, từ đó giống với một công cụ cổ xưa để đo thời gian. Hình dạng này cho phép bạn rút ngắn đường hầm so với mặt cắt ban đầu, không đổi, ít nhất một lần rưỡi hoặc thậm chí nhiều hơn. Để tính toán đồng hồ cát, tôi cũng đã viết một chương trình, nó có thể được tìm thấy ở đó, trên trang web ACS. Và giống như đối với một đường hầm hình nón, đây là một bảng với các tùy chọn tính toán làm sẵn.

Các kích thước có nghĩa là gì trong bảng 3 và 4, nó sẽ trở nên rõ ràng từ hình. 13. D và d là đường kính của phần hình trụ và đường kính lớn nhất của phần hình nón, tương ứng, L1 và L2 là chiều dài của các phần. Lmax - chiều dài đầy đủ của đường hầm đồng hồ cát, chỉ để so sánh, nó được làm ngắn hơn bao nhiêu, nhưng nói chung, nó là L1 + 2L2.

Về mặt công nghệ, một chiếc đồng hồ cát có tiết diện tròn không phải lúc nào cũng dễ dàng và thuận tiện để làm. Do đó, ở đây bạn có thể thực hiện nó dưới dạng một khe được định hình, hóa ra, như trong hình. 14. Để thay thế một đường hầm có đường kính 80 mm, tôi khuyên bạn nên chọn chiều cao khe là 50 mm và thay thế đường hầm hình trụ 100 mm - 60 mm. Sau đó, chiều rộng của phần của phần không đổi Wmin và chiều rộng tối đa ở lối vào và lối ra của đường hầm Wmax sẽ giống như trong bảng (độ dài của các phần L1 và L2 - như trong trường hợp có phần tròn, không có gì thay đổi ở đây). Nếu cần thiết, chiều cao của đường hầm có thể thay đổi h, điều chỉnh đồng thời Wmin, Wmax sao cho các giá trị của diện tích mặt cắt ngang (h.Wmin, h.Wmax) không thay đổi.

Tôi đã áp dụng phiên bản của biến tần pha với một đường hầm ở dạng đồng hồ cát, ví dụ, khi tôi tạo một loa siêu trầm cho rạp hát tại nhà với tần số điều chỉnh 17 Hz. Chiều dài tính toán của đường hầm hóa ra là hơn một mét và sau khi tính toán đồng hồ cát, tôi đã có thể giảm gần một nửa, trong khi không có tiếng ồn ngay cả với công suất khoảng 100 watt. Hy vọng điều này cũng giúp bạn ...