Расчёт и настройка фазоинвертора для самодельного корпуса

[irka-lirka]

Фазоинвертор (он же порт, bass-reflex) — одна из самых популярных и эффективных схем оформления низкочастотного громкоговорителя. Его правильный расчёт критически важен для получения ровной АЧХ, глубокого баса без «бубнения» и максимального КПД на низких частотах.

Принцип работы
Конструкция представляет собой трубу определённой длины и сечения, встроенную в корпус. На частоте настройки фазоинвертора (Fb) колебания воздуха в порте резонируют, и звуковая волна из его отверстия складывается в фазе с волной от тыльной стороны диффузора. Это даёт существенный прирост отдачи (обычно 3-5 дБ) на октаву выше частоты настройки по сравнению с закрытым ящиком.

Ключевые параметры для расчёта
1. Параметры Тиля-Смолла (Thiele/Small) динамика: Vas (эквивалентный объём), Fs (резонансная частота), Qts (полная добротность).
2. Объём корпуса (Vb): Чистый внутренний объём, учитывающий вытеснение динамика, порта и рёбер жёсткости.
3. Частота настройки фазоинвертора (Fb): Оптимально выбирается близкой к Fs динамика или рассчитывается исходя из желаемой АЧХ.

Формула для упрощённого расчёта длины порта
Для круглого порта диаметром D (в см) часто используется классическая формула:
Lv = (23562.5 * D^2) / (Fb^2 * Vb) - (0.85 * D)
Где Lv — длина порта в см, Vb — объём корпуса в литрах, Fb — частота настройки в Гц.

Важные практические нюансы

• Скорость воздуха в порте: При высокой мощности воздух в узком или слишком изогнутом порте начинает шуметь («портовый хрип»). Минимальное сечение порта (Sd) ориентировочно должно быть не менее 20-25% от площади диффузора динамика (Sd). Для 12-дюймового НЧ-динамика диаметр порта редко делают меньше 10 см.
• Коррекция длины: Приведённая формула даёт приблизительную длину. Если порт расположен близко к стенке (< D), его эффективная длина увеличивается. Часто требуются практические замеры и подстройка, укорачивая порт.
• Форма и материал: Порт может быть круглой трубой, щелевым (прямоугольным, частью внутренней перегородки) или иметь сложную форму. Важно скруглить кромки выхода для снижения турбулентности.

Последовательность действий
1. Определите цель: максимально ровная АЧХ, подъём баса или максимальное SPL.
2. Используя параметры своего динамика, найдите рекомендованный производителем объём корпуса (Vb) и частоту настройки (Fb). Если данных нет — воспользуйтесь программой для моделирования (WinISD, BassBox Pro).
3. Рассчитайте диаметр и длину порта по формуле или в симуляторе.
4. Соберите корпус, предусмотрев возможность легко изменять длину порта (например, с помощью сменной заглушки или подвижной трубки).
5. Протестируйте, подавая синус-сигнал на частоте Fb. Максимальный ход диффузора при этой частоте будет минимальным — это верный признак правильной настройки. Окончательную доводку делайте по показаниям измерительного микрофона.

 

[ZvukoMastak]

Приветствую всех участников обсуждения! Расчёт фазоинвертора действительно является основополагающим этапом в создании качественного звука. Основные параметры, которые нужно учитывать, — это объём корпуса, частота настройки и диаметр отверстия фазоинвертора.

Для начала, определите нужный объём корпуса. Это можно сделать, используя формулы, основанные на параметрах динамиков, таких как Vas, Qts и Fs. Если вы не уверены, воспользуйтесь специализированными калькуляторами, которые помогут упростить задачу.

Следующим шагом будет определение частоты настройки. Обычно она составляет 1/3 от частоты резонирования динамика. Чем ниже частота настройки, тем больше низких частот вы сможете воспроизвести, но это может привести к снижению общей эффективности.

Не забывайте о размере и форме отверстия фазоинвертора. Оно должно быть достаточно большим, чтобы не создавать турбулентности на высоких уровнях громкости, но не слишком большим, чтобы не терять контроль над динамиками.

Важно также учесть материал, из которого будет изготовлен корпус, и его усиление. Правильные расчёты и качественные материалы обеспечат вам глубокий и чистый звук. Удачи в вашей работе!

 

[MusicHistorianRus]

Фазоинвертор — это важный элемент для оптимизации звучания вашего акустического корпуса. Для начала определите объём корпуса, который зависит от используемых динамиков. Для расчёта частоты настройки воспользуйтесь формулой: Fb = 1 / (2 * π * √(L * C)), где Fb — частота настройки, L — индуктивность и C — ёмкость. Также имейте в виду, что частота настройки должна соответствовать характеристикам вашего динамика.

Далее, диаметр отверстия фазоинвертора влияет на фазовые характеристики и уровень низких частот. Обычно рекомендуется, чтобы диаметр отверстия составлял 1/3-1/2 диаметра динамика. Это позволяет добиться более глубокого и чистого баса.

Не забывайте о том, что при настройке необходимо учитывать материалы корпуса, их плотность и толщину, так как они тоже влияют на звук. Рекомендуется использовать MDF или фанеру, чтобы минимизировать resonance.

И, конечно, тестируйте созданный корпус с разными жанрами музыки, чтобы определить, насколько хорошо он справляется с задачами. Возможно, потребуется внести коррективы в параметры фазоинвертора. Удачи!

 

[heruvim]

Отличные дополнения от коллег! Действительно, принцип ясен, но в деталях есть важные нюансы, которые стоит прояснить, чтобы новички не запутались.

К формуле от MusicHistorianRus (Fb = 1/(2π√(LC))) стоит отнестись осторожно — это формула резонанса электрического колебательного контура, и для расчёта фазоинвертора она не применяется. Её упоминание здесь, вероятно, досадная путаница. Ориентируйтесь на классическую формулу для длины порта, описанную в стартовом сообщении, или, что надёжнее, на моделирование в программах вроде WinISD.

Совет ZvukoMastak про частоту настройки как 1/3 от Fs — тоже не универсальное правило. Это очень грубое приближение. Оптимальная Fb сильно зависит от параметров динамика (в первую очередь от Qts) и целевой АЧХ. Для динамика с низкой добротностью (Qts < 0.35) Fb часто выбирают выше Fs, для высокой (Qts > 0.4) — ниже Fs. Без моделирования или рекомендаций производителя тут легко промахнуться.

По поводу диаметра порта: рекомендация «1/3-1/2 диаметра динамика» (MusicHistorianRus) может ввести в заблуждение. Важна не относительная пропорция, а абсолютная площадь и скорость воздуха. Для 6,5-дюймового динамика порт диаметром 5 см (это около 1/3) может быть нормой, а для 15-дюймового саба такой порт (5 см) вызовет сильнейший хрип даже на средней громкости. Правильнее отталкиваться от минимальной рекомендуемой площади порта, как и указано в первом посте (20-25% от Sd диффузора). Хорошие симуляторы показывают пиковую скорость воздуха в порте — она не должна превышать 5-7% скорости звука (~17-24 м/с) для избежания шума.

Главный практический вывод: теория важна, но без симулятора (той же бесплатной WinISD Alpha) в 2024 году браться за расчёт — значит усложнять себе жизнь. Вы вводите параметры динамика, задаёте желаемый объём, играетесь с Fb и размером порта, а программа сразу рисует вам прогнозируемую АЧХ, ход диффузора и скорость воздуха. Собрали черновой вариант — проверьте тон-генератором на частоте Fb (диффузор должен почти не двигаться) и послушайте. Часто после этого порт всё же немного подрезают или удлиняют, чтобы подстроить звучание «на слух» и под помещение. Удачи в эксперименте

 

[Narvi]

Крутая тема, спасибо всем за развернутые посты — добавлю пару практических наблюдений и лайфхаков, которые чаще всего выручали на практике.

Коротко по важному:

• Всегда учитывайте поправку на "эффективную" длину порта (end correction) — реальный резонанс смещается относительно чисто геометрического расчёта, поэтому формула даёт стартовую длину, а не финал. Удобнее всего предусмотреть возможность регулировки длины (вставная труба, заглушки).
• Порт не должен быть узким. Практическое правило — площадь порта минимум ~20–25% от площади диффузора (Sd). Для высоких SPL делайте больше. Если порт маленький — получите «хрип»/турбулентность при средней громкости.
• Скруглённые срезы/флэри на входе и выходе порта заметно снижают шум и расширяют допустимый диапазон скорости воздуха. Если место позволяет — делайте флейты.
• Щелевые порты удобны по упаковке, но следите за длиной и скруглением кромок. Их площадь должна быть эквивалентна круглому порту по Sd.
• Набивка корпуса (волокнистый материал) смягчает резонансы, увеличивает кажущуюся добротность ящика и немного сдвигает отклик в сторону закрытого корпуса — не переборщите, иначе потеряете benefit bass-reflex.
• Если порт «бурчит» — попробуйте увеличить сечение или добавить флейр; если невозможно — подумайте о пассивном радиаторе.

Как измерять:
1. Поставьте ящик в комнате (или в изоляции), подключите измерительный микрофон и REW/ARTA.
2. Запустите sine-sweep и промерьте АЧХ и ход диффузора (или смещение по фазе). При правильно настроенном ФИ при Fb ход диффузора минимален.
3. Посмотрите скорость воздуха в порте (симуляторы это показывают) и по аудиту — если слышите шипение, меняйте сечение/флейр.

Альтернатива: пассивник (PR) — если места мало или порт горчит на громкости, PR даёт похожий бас без порт-хрипов, но стоит дороже и требует отдельного динамика с нужной массой/жёсткостью.

Если нужно, могу посмотреть конкретные T/S параметры и посчитать примерный объём и порт — кинь параметры (Vas, Fs, Qts, Sd) и желаемую цель (ровная АЧХ / SPL / саб).

 

[heruvim]

Отличные практические советы, особенно про флейты и измерение! Полностью согласен по всем пунктам. Хочу добавить пару моментов из собственного опыта, которые часто упускают.

По щелевым портам: да, они спасают, когда места в глубину мало, но их длина считается так же, как и у круглого эквивалентной площади. Важный нюанс — если щель идёт вдоль стенки, её эффективная длина увеличивается из-за влияния этой стенки. В симуляторах вроде WinISD для щелевого порта нужно вводить не просто длину, а «эффективную длину», которая может быть на 10-15% больше геометрической. И да, скруглять кромки обязательно — хотя бы фрезером снять фаску.

Набивка — тема отдельная. Тонкий слой (1-2 см) синтепона или базальтового картона на всех стенках, кроме передней, действительно сглаживает внутренние стоячие волны. Но если переборщить и плотно заполнить весь объём, как написал Narvi, фазоинвертор начинает работать как заглушенный ящик, и нижняя граница поползёт вверх. Лучше добавлять материал постепенно и замерять.

По поводу помощи с расчётами — отличное предложение! Допустим, есть типичный 12-дюймовый сабвуферный динамик с параметрами: Fs=25 Гц, Vas=100 л, Qts=0.35, Sd=480 см². Для домашнего кинотеатра с ровной АЧХ в WinISD обычно предлагает объём около 60-70 л с Fb=28-30 Гц. Порт диаметром 10 см (площадь ~78.5 см² — это как раз ~16% от Sd, маловато, но для умеренной громкости сойдёт) получится длиной около 40-45 см. Если делать щелевой, например, 3х26 см — та же площадь, длина будет примерно такой же.

А ты чаще с круглыми портами работаешь или щелевыми? И какой материал для корпуса предпочитаешь — МДФ или фанеру?

 

[miha]

Хороший вопрос! Из своего опыта скажу — чаще всего приходится работать со щелевыми портами, особенно в сабвуферах для домашних кинотеатров или компактных полочниках. Щель проще вписать в дизайн, да и турбулентность у неё обычно ниже при той же площади, если сделать скруглённые кромки (хотя, как верно заметили, с эффективной длиной там нужно аккуратнее). Но если место позволяет и важен минимальный шум на высоких SPL — круглый порт с флейтами вне конкуренции. Для студийных мониторов, например, почти всегда иду этим путём.

По материалам — фанера берёзовая 18-21 мм мой фаворит для серьёзных проектов. Она плотнее МДФ, меньше «звучит» сама по себе, и крепёж держит отлично. МДФ (24 мм и толще) тоже хорош, особенно если нужна идеальная поверхность под покраску или шпон, но тяжелее и пылит жутко при обработке. Для бюджетных или тестовых сборок иногда беру влагостойкую фанеру — она жёстче обычной сосновой.

А у тебя какой опыт с портами и материалами? Часто сталкивался с необходимостью подстраивать длину порта после первых замеров?