Фазоинвертор система (также известная как перенесенный , вентилируемый ящик или рефлекторной порт ) представляет собой тип громкоговоритель корпуса , который использует порт (отверстие) или вентиляционный разрез внутрь корпус и секцию трубы или труб прикреплены к порту. Этот порт позволяет звуку с задней стороны диафрагмы повысить эффективность системы на низких частотах по сравнению с обычным громкоговорителем в герметичном корпусе или закрытом корпусе или с бесконечной перегородкой.
Порт фазоинвертора является отличительной чертой этого популярного корпуса типа. Конструктивный подход улучшает воспроизведение самых низких частот, генерируемых сабвуфером или сабвуфером . Порт обычно состоит из одной или нескольких трубок, установленных на передней ( перегородке ) или задней стороне корпуса. В зависимости от точного соотношения между параметрами драйвера , объемом корпуса (и наполнением, если таковое имеется), а также поперечным сечением и длиной трубки, эффективность может быть существенно улучшена по сравнению с характеристиками герметичного корпуса аналогичного размера.
Объяснение [ править ]
В отличие от громкоговорителей закрытого типа, которые почти герметичны, система фазоинвертора имеет отверстие, называемое портом или вентиляционным отверстием, вырезанное в корпусе, обычно состоящее из трубы или воздуховода (обычно круглого или прямоугольного сечения). Воздушная масса в этом отверстии резонирует с «упругостью» воздуха внутри корпуса точно так же, как резонирует воздух в бутылке, когда поток воздуха проходит через отверстие. Другая часто используемая метафора - думать о воздухе как о пружине или резинке. Частота, на которой резонирует система коробка / порт, известная как резонанс Гельмгольца., зависит от эффективной длины и площади поперечного сечения воздуховода, внутреннего объема корпуса и скорости звука в воздухе. В первые годы создания переносных громкоговорителей разработчикам громкоговорителей приходилось проводить обширные эксперименты, чтобы определить идеальный диаметр порта и длину портовой трубы или трубы; однако в последнее время появилось множество таблиц и компьютерных программ, которые вычисляют для данного размера шкафа, насколько большим должен быть порт и какой длины должна быть трубка. Однако даже с этими программами все равно необходимо поэкспериментировать с прототипами , чтобы определить, хорошо ли звучит корпус.
Если этот резонанс воздушной массы / воздушной упругости корпуса выбран таким образом, чтобы он лежал ниже по частоте, чем собственная резонансная частота низкочастотного динамика, происходит интересное явление: обратная волна звукового излучения низкочастотного динамика инвертируется по полярности для диапазона частот. между двумя резонансами. Поскольку обратная волна уже имеет противоположную полярность с передней волной, эта инверсия приводит два излучения в фазу (хотя выходное излучение отстает на один период волны), и, следовательно, они усиливают друг друга. Это имеет полезную цель - обеспечить более высокий выходной сигнал (для любого заданного отклонения драйвера по сравнению с закрытым ящиком) или, наоборот, аналогичный выходной сигнал с меньшим отклонением (что означает меньшие искажения динамика). Штраф, понесенный за это подкрепление, - это размазывание времени:по сути, резонанс вентиляции увеличивает выходную мощность основного динамика, накладывая на него "резонансный хвост". Для частот выше естественного резонанса динамика регулировка рефлекса не имеет никакого значения. Для частот ниже резонанса вентиляции инверсия полярности не выполняется, и происходит подавление обратной волны. Кроме того, водитель ведет себя так, как будто он подвешен на свободном воздухе, так как воздушная пружина коробки отсутствует.
Когда динамики предназначены для домашнего использования или для концертных выступлений с большой громкостью (например, с усилителями низких частот, акустическими системами и динамиками и сабвуферами системы PA) производители часто рассматривают преимущества переноса (усиление низких частот, более низкий уровень низких частот, повышенная эффективность), чтобы перевесить недостатки (шум порта, проблемы с резонансом). Дизайн популярен среди потребителей и производителей (корпуса динамиков могут быть меньше и легче для более или менее эквивалентной производительности), но для увеличения выходных басов требуется точное соответствие драйвера, корпуса и порта. Плохо подобранные рефлекторные конструкции могут иметь неблагоприятные характеристики или недостатки, что иногда делает их непригодными для настроек, требующих высокой точности и нейтральности звука, например, студийные мониторные динамики для использования звукорежиссерами.в средствах мониторинга, студиях звукозаписи и т. д. Однако можно разработать систему фазоинвертора, которая в большинстве случаев преодолевает эти недостатки; Качественные конструкции с фазоинвертором обычно используются в самых сложных условиях по всему миру.
Сравнение с пассивным радиатором [ править ]
Пассивные излучатели «аналогичны по работе портированным» фазоинверторным системам, и оба метода используются по одной и той же причине: «... расширить низкочастотную характеристику системы [кабинет динамика]». [1] «Безусловно, порт является наиболее распространенным средством расширения низких частот в корпусе. Второй по популярности расширитель низких частот для громкоговорителей называется пассивным излучателем». [2] Пассивный радиатор - это использование одного или нескольких дополнительных конусов (диафрагм) в шкафу вместо портов. Эти пассивные диафрагмы не имеют магнита или звуковой катушки и не подключены к усилителю мощности . Пассивные излучатели еще называют «дронами».
История [ править ]
Влияние различных параметров громкоговорителей, размеров корпуса и размеров порта (и воздуховода) на характеристики фазоинвертора не было хорошо изучено до начала 1960-х годов. В то время новаторские анализы, проведенные А. Н. Тилем [3] [4] и Ричардом Х. Смоллом [5] [6] [7] [8], связали эти факторы в серии «согласований» ( наборов соответствующих параметров динамика)), которые дали полезные и предсказуемые ответы. Это позволило производителям динамиков разрабатывать динамики, подходящие для корпусов различных размеров, и с большой предсказуемостью согласовывать корпуса с заданными динамиками. Все это ограничено законами физики, которые подробно описаны в работе Тиле и Смолла. Невозможно иметь небольшой динамик в небольшом корпусе, обеспечивающий расширенный басовый отклик с высокой эффективностью (т.е. требующий только маломощный усилитель). Возможно иметь два из этих атрибутов, но не все; это было названо Железным Законом Гофмана в честь Дж. Антона Хофманна из резюме KLH (совместно с Генри Клоссом ) Эдгара Виллчура.работают годами ранее. Создаваемое звуковое давление зависит от эффективности динамика, механической или тепловой мощности динамика, потребляемой мощности и размера динамика.
Преимущества [ править ]
Такая резонансная система увеличивает низкочастотную характеристику драйвера и, если она спроектирована должным образом, может расширить частотную характеристику комбинации драйвер / корпус до уровня ниже диапазона, который драйвер воспроизводил бы в герметичной коробке аналогичного размера. У резонанса корпуса есть вторичное преимущество, заключающееся в том, что он ограничивает движение диффузора в полосе частот, сосредоточенных вокруг частоты настройки, уменьшая искажения в этом частотном диапазоне. Переносные кабинетные системы дешевле, чем акустическая система с пассивным радиатором при той же производительности; в то время как пассивная радиаторная система требует одного или двух динамиков типа «дрон-диффузор», для системы с портами требуется только отверстие или порт и длина или трубка.
Ограничения [ править ]
Кабинеты с фазоинвертором имеют относительно плохую переходную характеристику, вызывающую «размытие» или более длительный резонанс басовых нот. Хотя звук, исходящий из порта, может иметь ту же фазу, что и звук с передней поверхности динамика, но он никогда не может быть одновременно, таким образом, расширенная энергия низких частот на самом деле является шумом, замаскированным под сигнал. Маскировка работает только тогда, когда звук представляет собой непрерывный тон (одна из причин, почему некоторые люди предпочитают какой-то определенный вид музыки для своей аудиосистемы), но наиболее явно проявляется при воспроизведении звука перкуссии. По той же причине у кроссовера Linkwitz-Riley такая же проблема.
Низкочастотный драйвер в системе корпуса резонансного динамика, такой как шкаф с портами или шкаф с пассивным радиатором, не может запускаться и останавливаться мгновенно, как в герметичном корпусе. Для достижения низких частот портированные корпуса динамиков создают два резонанса: один от динамика и сжатого воздуха, а другой - от сжатого воздуха и порта. Это более сложный случай, чем эквивалентная запечатанная коробка. Это вызывает увеличенную задержку времени (увеличенную групповую задержкуобусловленные двойными резонансами), как при запуске вывода низких частот, так и при его остановке. Следовательно, ровный устойчивый басовый отклик не возникает одновременно с остальным звуковым выходом. Вместо этого он начинается позже (с запаздыванием), и запаздывание увеличивается, накапливаясь со временем в виде длинного резонансного «хвоста», прибывающего за основным «телом» акустического сигнала. Из-за этой сложной частотно-зависимой нагрузки корпуса с портами обычно приводят к более плохой переходной характеристике на низких частотах, чем в хорошо спроектированных системах с герметичными коробками. Другая проблема заключается в том, что для большого шкафа потребуется длинная трубка с отверстиями для правильной настройки, а это означает, что шкафы с фазоинвертором могут быть больше, чем шкаф с пассивным радиатором с аналогичными характеристиками.
Другой компромисс для этого расширения заключается в том, что на частотах ниже "настройки" порт разгружает диффузор и позволяет ему двигаться так, как если бы динамик вообще не находился в корпусе. Это означает, что динамик может выходить за пределы безопасных механических ограничений на частотах ниже частоты настройки с гораздо меньшей мощностью, чем в герметичном корпусе аналогичного размера. По этой причине мощные системы с фазоинвертором часто защищены фильтром верхних частот, который удаляет сигналы ниже определенной частоты. К сожалению, электрическая фильтрация добавляет дополнительную частотно-зависимую групповую задержку. Даже если такая фильтрация может быть настроена так, чтобы не удалять музыкальный контент, она может мешать звуковой информации, связанной с размером и обстановкой места записи, информацией, которая часто присутствует в спектре низких частот. [цитата необходима ]
Слышны ли их эффекты в правильно спроектированной системе, остается предметом споров. Плохо спроектированная система фазоинвертора, обычно настроенная слишком высоко или слишком слабо, может звенеть на частоте настройки и создавать «гулкую» однотонную окраску низких частот. Фактически, это происходит из-за того, что резонанс порта накладывает свои характеристики на воспроизводимую ноту, и сильно усугубляется, если резонанс порта совпадает с одним из резонансных режимов комнаты, что не является необычным явлением. В общем, чем ниже частота настроенного порта, тем менее нежелательными могут быть эти проблемы.
Порты часто размещаются в передней перегородке и, таким образом, могут передавать нежелательные средние частоты, отраженные изнутри коробки. При уменьшении размера порт может также создавать «шум ветра» или «гудение» из-за турбулентности вокруг отверстий порта при высоких скоростях воздуха. Корпуса с портом, обращенным назад, в некоторой степени маскируют эти эффекты, но их нельзя ставить прямо у стены, не вызывая слышимых проблем. Им требуется некоторое свободное пространство вокруг порта, чтобы они могли работать должным образом. Некоторые производители включают порт, обращенный к полу, в стойку или основание динамика, что обеспечивает предсказуемую и воспроизводимую производительность порта в рамках проектных ограничений.
Сжатие порта [ править ]
Сжатие порта - это снижение эффективности порта по мере увеличения уровня звукового давления. По мере того, как портированная система играет громче, эффективность порта снижается, а искажения, излучаемые портом, увеличиваются. Это может быть уменьшено за счет конструкции порта, но не исключено полностью. Асимметричную нагрузку на конус привода при использовании на высоком уровне можно уменьшить, разместив перегородку на внутреннем конце патрубка порта. Эта перегородка также может служить конструктивным элементом жесткости ограждения.
Приложения [ править ]
Шкафы сабвуфера, используемые в домашних кинотеатрах и системах звукоусиления , часто оснащены портами или вентиляционными отверстиями. Шкафы для динамиков с басовым усилителем и кабинеты для динамиков с клавишным усилителем , которые должны воспроизводить низкочастотные звуки до 41 Гц или ниже, часто имеют порты или вентиляционные отверстия, которые обычно находятся на передней части корпуса (хотя они также размещаются на задний). Даже у некоторых дорогих Hi-Fi колонок есть тщательно продуманные порты.
См. Также [ править ]
- Корпус громкоговорителя
- Пассивный радиатор
Ссылки [ править ]
- ^ "Страница DIY сабвуфера - пассивные радиаторные системы" . www.diysubwoofers.org . Проверено 20 ноября 2019 .
- Рианна Макгоуэн, Пол (30 апреля 2013 г.). «Пассивно излучающий» . psaudio.com . Проверено 20 ноября 2019 .
- Перейти ↑ Thiele, AN (1971). «Громкоговорители в вентилируемых боксах: Часть 1». Журнал Общества звукорежиссеров . 19 (май): 382–392.
- Перейти ↑ Thiele, AN (1971). «Громкоговорители в вентилируемых боксах: Часть 2». Журнал Общества звукорежиссеров . 19 (июнь): 471–483.
- Перейти ↑ Small, RH (1973). "Громкоговорители с вентилируемым корпусом - Часть 1: Анализ слабых сигналов". Журнал Общества звукорежиссеров . 21 (июнь): 363–372.
- Перейти ↑ Small, RH (1973). "Громкоговорители с вентилируемым корпусом - Часть 2: Анализ больших сигналов". Журнал Общества звукорежиссеров . 21 (июль / август): 438–444.
- Перейти ↑ Small, RH (1973). "Громкоговорители с вентилируемым корпусом - Часть 3: Синтез". Журнал Общества звукорежиссеров . 21 (сентябрь): 549–554.
- Перейти ↑ Small, RH (1973). «Громкоговорители с вентилируемым корпусом - Часть 4: Приложения». Журнал Общества звукорежиссеров . 21 (октябрь): 635–639.
