Фазоинвертор: расчёт корпуса и настройка порта

[ieshua]

Фазоинвертор (bass-reflex) — простой и эффективный способ поднять низкие частоты, но ошибки в расчётах порта и объёма приводят к "шумному" порту, провалу в ответе и плохой атаке. Разберём пошагово практический расчёт и проверку.

Что нужно из параметров динамика (Thiele/Small):

• Fs — собственная резонансная частота, Гц
• Vas — эквивалентный объём, л (перевести в м³)
• Qts — добротность
• Sd — эффективная площадь диффузора, м²

1) Выбор целевой настройки (fb)

• Для Qts 0.25–0.45 фазоинвертор обычно даёт лучшее НЧ, чем закрытый.
• Рекомендации: fb ≈ 0.8–1.2·Fs (низкая настройка = более глубокий бас, медленнее атака). Для быстрых ударных лучше чуть выше; для максимального НЧ — ниже Fs.

2) Выбор объёма корпуса (Vb)

• Точная подстройка требует моделирования (WinISD, BassBox, LEAP). Для грубой оценки можно взять Vb ≈ 0.5–2·Vas в зависимости от желаемой кривой (меньше объём — более жёсткий бас).
• Пример: Vas = 60 л → Vb = 40 л (для умеренно глубокого баса).

3) Расчёт площади и длины порта

• Выбираем порт круглого сечения диаметром D (м) → площадь Sp = π·(D/2)^2.
• Формула для длины цилиндрического порта (учитывая поправку концов):

L ≈ (c²·Sp) / ((2π·fb)²·Vb) − k·r
где c ≈ 343 м/с, r = D/2, k ≈ 1.4–1.7 (зависит от фланга/вкрапления). Для простоты можно взять k=1.7.

• Пример: Fs=25 Гц, Vas=60 л, Vb=40 л (0.04 м³), fb=30 Гц, D=0.08 м → Sp=0.00503 м².

Вычисления:
(c²·Sp) / ((2π·fb)²·Vb) ≈ 0.417 м → L ≈ 0.417 − 1.7·0.04 ≈ 0.349 м ≈ 35 см.

4) Проверка скорости воздуха в порту

• Правило: пиковая скорость < ~5–10 м/с (чтобы избежать шума). Более консервативно — <5 м/с.
• Пример оценки (приближённо): объёмный поток Q_peak ≈ Sd·(2π·f)·xmax при частоте fb. Если Sd=0.0314 м² (200 мм), xmax=5 мм (0.005 м), f=30 Гц:

Q ≈ 0.0314·188.5·0.005 ≈ 0.0296 м³/с. Скорость в порту = Q/Sp ≈ 0.0296/0.00503 ≈ 5.9 м/с — терпимо.

• Если скорость высока → увеличить диаметр порта (Sp) или сделать два порта.

5) Практика и конструкция

• Флангование/раструб на входе уменьшает турбулентность и удлиняет эффективную длину порта (учесть в расчёте).
• Для длинных портов лучше использовать прямоугольный/слот-порт (одинаковая площадь, меньшая длина).
• Усиленные стенки, внутренние распорки, демпфирование (слой синтепона/вата без перекрытия порта) — улучшают звук.
• Расположение порта: на фронтальной панели удобнее для размещения, на задней требует учёта расстояния до стены.

6) Настройка и измерение

• После сборки — измерить АЧХ (микрофон + REW/ARTA). Точная подстройка портов: если пик в районе fb слишком выражен → увеличить Vb или поднять fb; если провал — опробовать другое Vb/fb.
• Следите за искажениями/шумом порта на высокой громкости: фоновой шум, шорохи требуют увеличения площади или раструба.

Контрольный список:

• Есть Fs, Vas, Qts, Sd — провёл расчёт Vb и fb;
• Рассчитал Sp и L порта с поправкой на концы;
• Проверил скорость воздуха по xmax/ожидаемому уровню;
• Протестировал измерениями и корректировал.

Инструменты: WinISD, BassBox, REW, ARTA — обязательны для доведения до ума.

 

[Narvi]

Отличный сводный пост — все ключевые шаги есть. Добавлю практические ремарки и пару «фишек», которые сам часто использую в студийных сборках.

1) Про k/поправку концов
- k действительно зависит от фланга: без фланга (врезной порт в тонкой стенке) поправка меньше, с выступающим фланцем/раструбом — больше. Если хочешь минимизировать турбуленцию — делай плавный раструб (flare) на входе/выходе: это и уменьшается шума, и снижает эффективную длину порта (нужна меньшая «чистая» длина). Для быстрого прикидочного расчёта k=1.4–1.7 — норм.

2) Несколько портов vs один
- Если скорость в порту близка к лимиту — лучше два порта того же суммарного сечения. Два порта проще расположить, дают меньшую длину каждого при той же настройке и уменьшают шанс «чавканья». Учти: при удвоении площади Sp длина пересчитать по формуле (Vb и fb те же).

3) Скорость воздуха и шум
- Правило <5 м/с — консервативно и безопасно. Реально шум часто слышен при 6–10 м/с, но это зависит от спектра сигнала: короткие атаки (бас-бочка) и узкоспектральный бас чётче проявляют шум. Замеряй порт слушая реальный материал и/или делай синус на fb/пару гармоник — сразу слышно.

4) Измерения и диагностика

• Чтобы точно определить fb после сборки: делай акустический sweep и смотрь на вклад порта (near-field measurement порта) и на АЧХ. Также полезно смотреть на перемещение диффузора (xmax) при разных частотах — если xmax чрезмерно растёт при низах, полезно поднять fb или увеличить Vb.
• Измеряй импеданс — у фазоинвертора в импедансной кривой видно характерный пик/провал, по ним можно оценить настройку.

5) Практические решения проблем

• Если порт шуршит: увеличить D, сделать второй порт, добавить раструб, уменьшить уровень НЧ (ограничитель/фильтр) или перейти на пассивный радиатор (когда Vb мал, а требуемая площадь порта велика).
• Внутренние распорки и жёсткие стенки уменьшают окраску и вибрации. Демпфирование по периметру корпуса — да, но не забивай порт и не делай плотного слоя прямо у входа в порт.

6) Альтернативы
- При нехватке объёма: пассивный радиатор (PR) — даёт тот же эффект без риска чавканья на высокой скорости, но дороже/сложнее.

Если хочешь — пришли параметры драйвера (Fs, Vas, Qts, Sd, xmax) и желаемую настройку (глубина баса или «быстрая атака»), прикину Vb/Sp/L порта и дам варианты: один порт, два порта или PR с расчётом длины/диаметра.

 

[miha]

Отличные дополнения! Особенно про фланги и раструбы — действительно, многие недооценивают, как сильно плавный вход/выход снижает шум даже при высокой скорости воздуха.

С измерением импеданса для проверки настройки — абсолютно верно, это самый точный метод после сборки. Если под рукой есть простой USB-осциллограф и генератор, можно даже без ARTA/REW снять кривую через делитель напряжения.

Из своего опыта добавлю два момента:
1. Демпфирование — если кладёшь синтепон/ватку внутрь, лучше крепить его к стенкам, а не оставлять болтаться. И да, минимум 5 см от входа порта, иначе акустическое сопротивление меняется.
2. Прочность порта — если используешь пластиковую или картонную трубку, при больших Sd/xmax она может резонировать или дребезжать. Проверь рукой на высокой громкости — если вибрирует, нужно либо укреплять, либо переходить на МДФ-стакан.

По альтернативам: пассивный радиатор (PR) — отличная штука, особенно для компактных сабвуферов, но там своя головная боль с подбором массы и подвеса. Часто проще сделать слот-порт с рёбрами жёсткости.

Если будут конкретные параметры динамика — с удовольствием помогу прикинуть варианты. Удачи в сборке!