Зачем создавать спиральные рупорные динамики?

Здание акустической системы с 3D-спиральным рупором

Почему именно 3D-спиральный рупор?

Пересмотрено 4 апреля 2006 г.

	Когда несколько лет назад мне пришла в голову концепция 3D-спирального рупора, я намеревался усовершенствовать складной задний рупор. Задний рупор использует звук, излучаемый задней частью динамика, для эффективного усиления басов. Складной задний рупор из фанеры сложно изготовить из-за его сложной конструкции. Более того, качество звука ухудшается из-за нежелательного резонанса, возникающего из-за углового расположения звукового канала. Я думал, что 3D-спиральный рупор может решить эти проблемы благодаря своей относительно простой конструкции и изогнутой поверхности. После многочисленных экспериментов я пришел к пониманию, что эмпирическое правило, применимое к заднему рупору, не работает для 3D-спирали (рупора). Мой опыт — это история борьбы за освобождение от здравых представлений о заднем рупоре. Это может означать, что 3D-спираль (рупор) — это новый тип громкоговорителя, который не относится ни к заднему рупору, ни к обычному фазоинвертору (вентилируемому корпусу). Трехмерный спиральный рупор имеет относительно короткий трехмерный спиральный звуковой канал, напоминающий раковину моллюска. Его конструкция сравнительно проста. Его можно изготовить, используя стандартные ПВХ-трубы и фитинги. Поэтому для его изготовления не требуется высокого уровня технических навыков. Наиболее заметной особенностью трехмерного спирального рупора является то, что его низкочастотный диапазон простирается до 50 Гц при использовании 3-дюймового широкополосного динамика без гула и без снижения уровня звукового давления. (См. частотную характеристику Helix-H75 ). Звуковые искажения минимальны, поскольку трехмерный спиральный рупор имеет плавно расширяющийся звуковой канал и не имеет параллельных плоскостей, которые могут создавать стоячие волны. Недавние исследования показали, что спираль с постоянным шагом тона дает эквивалентную частотную характеристику с расширенной спиралью. (См. VC75 ). Если поднести ухо близко к устью рупора, можно услышать очень чистые звуки, хотя басовые звуки сильно подчеркнуты. Это означает, что искажения, создаваемые трехмерным спиральным рупором, минимальны.

	Слева изображена японская раковина, а здесь представлен звуковой образец . Буддийский монах, практикующий аскетизм в горах, дует в современную раковину.

К трехмерному спиральному рожку применимы следующие эмпирические правила:

Объем воздушной камеры должен быть достаточно большим. Однако слишком большая воздушная камера или слишком низкая частота fh по сравнению с Fs могут привести к неудовлетворительному результату. Оптимальная частота fh может составлять (Fs/2) Гц.
Оптимальное число оборотов спирали (рупора) может составлять от 1,0 до 2,0. (Предпочтительной может быть относительно короткая длина рупора.)
Водители с высоким значением Qts ₍ более 0,40) считаются предпочтительными.

Трехмерная спиральная (рупорная) система, по крайней мере в принципе, аналогична фазоинвертору (вентилируемому корпусу), и ее поведение можно объяснить резонансом Гельмгольца.
Трехмерная спиральная (рупорная) система — это не только способ создания более длинного порта, но и способ получения высококачественного глубокого баса ниже Fs.
Резонансная частота Гельмгольца f _h может быть задана следующим образом:

Где
c: скорость звука,
S: площадь поперечного сечения горловины,
V: объем воздушной камеры = объем внутреннего пространства коробки - (объем рупора + объем усилителей),
L: максимальная длина спирали.

L = nπD + L _t /(n + 1)
n: число оборотов спирального рупора
D: внутренний диаметр трубки
L _t : длина трубки

Между предыдущими эмпирическими правилами и уравнением существует некоторое противоречие. Уравнение указывает на то, что малое значение S, большое значение V и большая длина L лучше подходят для более низких частот f _h . Кажется логичным предположить, что способ получения более высокого уровня звукового давления в басовом диапазоне должен быть компромиссным по отношению к способу получения более низких частот f _h .

Противоречие можно объяснить приведенным выше рисунком, на котором показан закон сохранения звуковой энергии.
Например, область глубоких басов поднимается в качестве компенсации за понижение области средних басов при слишком низкой частоте fh по сравнению с Fs (красная линия). Таким образом, звуковая энергия сохраняется.

Модели Helix	V литров	С см ²	л см	f _ч (расчетное значение) Гц	f _h (наблюдаемое) ^* Гц
Л152	20.4	56.7	107	28	25
H125	12.4	45	50	46	45
H88	3.6	17	32	65	60

* Местоположение первого пика частоты, измеренное по выходному сигналу рта.

Хотя горизонтальная модель заставляет меня колебаться в использовании слова «рупор», поскольку трехмерный спиральный рупор слишком короткий, я буду продолжать его использовать.

Измерения импедансной характеристики

На основании следующих измерений характеристик импеданса 3D-спиральных рупорных систем можно сделать следующие выводы:

(1) Имеются два пика импеданса, причем частота первого пика импеданса составляет примерно половину F _s . Это аналогично обычному фазоинвертору (вентилируемому корпусу).

(2) Наиболее характерной особенностью 3D-спиральной рупорной системы является то, что низкочастотный диапазон плавно простирается до частоты первого пика импеданса. Это может быть причиной значительно более широкого низкочастотного диапазона по сравнению с обычным фазоинвертором (вентилируемым корпусом).

(3) Частота первого пика импеданса почти равна f _h , но изменяется в зависимости от F _s .

сравнение

Измерения импеданса
конфигурация

Модели Helix	Водители	Ф _·с (характеристики) Гц	Первый пик импеданса (наблюдаемый) Гц	f _ч (расчетное значение) Гц	f _ч (наблюдаемое) Гц
Л152	GW-S650/8	55	20	28	25
H125	FW168HP-X	70	38	46	45
H88	FE88ES-R	106	48	65	60

	Вертикальная ось имеет произвольную линейную шкалу и пропорциональна импедансу излучателя. Разрешение 5,383 Гц. Характеристика импеданса Helix-L152 и GW-S650/8 без дополнительных модификаций.
	Импедансные характеристики Helix-H125 и немодифицированного FW168HP-X.
	Импедансная характеристика Helix-H88 и немодифицированного FE88ES-R.

Главная ♦ Почему 3D-спиральный рупор? ♦ Как собрать спираль-1 ♦ Как собрать спираль-2
Горизонтальная модель ♦ Вертикальная модель ♦ Линейные модели ♦ Сабвуфер ♦ Новая модель трубы ♦ Модели труб ♦ Модели корпусов
Частотная характеристика ♦ Соединения рупора