нир 2021. Высококачественные малогаборитные акустические системы на основе лабиринта и полосового резонатора

• Название: Высококачественные малогаборитные акустические системы на основе лабиринта и полосового резонатора
• Дата: 31.12.2022
• Размер: 403.66 Kb.
• Имя файла: нир 2021.docx
• Тип: Документы; #870024

УДК 629.4.052.2

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ МАЛОГАБОРИТНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ЛАБИРИНТА И ПОЛОСОВОГО РЕЗОНАТОРА
¹Ю. Д. Савкина, ²А. Д. Зенин, ³А. С. Бадаев ¹Студент гр. РП-164, [e-mail] ²Студент гр. РП-164, [e-mail]

³Канд. физ.-мат. наук, доцент, [e-mail]

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Аннотация. В работе разрабатывается и рассчитывается конструкция малогабаритных акустических систем (АС) на основе комбинированного акустического оформления-лабиринта и полосового резонатора (ПР) 4-го порядка. Разработанные АС обладают высоким уровнем звукового давления (SPL), широким диапазоном воспроизводимых частот, минимальными искажениями, выполнены на отечественной комплектации и соответствуют требованиям, предъявляемым к электроакустической аппаратуре категории Hi-Fi.

Ключевые слова: акустические системы (АС), акустический лабиринт (АЛ), полосовой резонатор (ПР), головки громкоговорителей (ГГ).
Идея использования в составе одной АС 2-х различных акустических оформлений была реализована при разработке мощных габаритных напольных АС для домашнего кинотеатра [1] и оказалась плодотворной, поскольку позволила использовать положительные качества каждого оформления для достижения определенных целей. Была поставлена задача, используя подобный подход, разработать конструкцию малогабаритных АС, обладающих высокими характеристиками, соответствующими требованиям к аппаратуре категории Hi-Fi на основе отечественной комплектации. В качестве акустических оформлений выбраны АЛ, обеспечивающий при грамотном расчёте и настройке минимальный ход диффузора ГГ и, соответственно, низкие искажения [2,3] и ПР

– своеобразный сабвуфер, который имеет максимальный КПД и SPL из всех оформлений разумных размеров [3].

Схема конструкции разработанных АС представлена на рис.1.

Как видно, корпус АС состоит из 2-х отсеков, в верхнем сформирован АЛ в виде свёрнутой трубы, входное акустическое сопротивление, которое согласуется с механическим сопротивлением ГГ с помощью своеобразной "предрупорной камеры", выход АЛ выполнен в виде конического рупора [3]. Нижний отсек представляет собой ПР 4-го порядка и состоит из 2-х камер, верхней и нижней, в перегородке между ними установлено ГГ. Нижняя камера – это "закрытый корпус", верхняя камера – "фазоинвертор", труба которого и излучает акустические волны низких частот (НЧ).

Рис.1 Схема конструкции АС
В конструкции использованы ГГ отечественного производства. В качестве НЧ ГГ, установленной в ПР, отобраны по максимально низкой резонансной частоте 𝑓𝑓₀ ГГ 25ГДН-3 (рис. 2).

Для повышения SPL и уменьшения искажений к магниту ГГ приклеен через определенный зазор дополнительный магнит в противополе. Характеристики доработанных 25ГДН-3 следующие: номинальная мощность

𝑃𝑃_ном = 15 Вт; паспортная мощность 𝑃𝑃_п = 25 Вт; номинальное электрическое сопротивление 𝑅𝑅_ном = 4 Ом; 𝑓𝑓₀ = 48 Гц; эквивалентный объём 𝑉𝑉_э = 8 дм³; уровень характеристической чувствительности SPL = 86 дБ; полная добротность

𝑄𝑄_П = 0,45; диапазон воспроизводимых частот 50-5000 Гц; диаметр ∅ = 12,5 см. В АЛ установлена доработанная низко-среднечастотная (НЧ-СЧ) ГГ

25ГДШ-9Д (рис. 3, 4).

Рис. 2. ГГ 25ГДН-3

Рис. 3 Штатная ГГ 25ГДШ-9Д

Рис. 4 Доработанная ГГ 25ГДШ-9Д,

установленная в переделанные AC KEF "Coda" 7

Доработка сводилась к удалению высокочастотного (ВЧ) рупорка и установке на керн ГГ "пулеобразного" диамагнитного фазорассеивателя, формирующего с помощью, образующей диффузора экспоненциальный рупор. Кроме того, для выравнивания АЧХ диффузор ГГ был пропитан с двух сторон специальным вязкоупругим составом. Параметры доработанных ГГ 25 ГДШ-9Д:

𝑃𝑃_ном = 15 Вт; 𝑃𝑃_п = 25 Вт; 𝑅𝑅_ном = 4 Ом; 𝑓𝑓₀ = 75 Гц; 𝑉𝑉_э = 5 дм³; 𝑄𝑄_П = 0,55; SPL = 90 дБ; диапазон воспроизводимых частот 60-10000 Гц, ∅ = 12,5 см.

В качестве BЧ-излучателей были использованы ГГ 6ГДВ-4 с характеристиками: 𝑃𝑃_п = 6 Вт; 𝑅𝑅_ном = 8 Ом; 𝑓𝑓₀ = 2,5 кГц; SPL = 93 дБ; габариты

– 10×10 см; диапазон частот 3-25 кГц (рис. 5).

С учётом характеристик использованных ГГ и методик, изложенных в источниках [1-3], были рассчитаны параметры акустических оформлений. АЛ: частота настройки – 75 Гц, длина трубы – 1 метр; площадь поперечного сечения трубы АЛ – 80 см²; площадь выхода АЛ ("устья") – 175 см²;

ПР: объёмы верхней и нижней камер – 9 дм³, частота настройки фазоинвертора 𝑓𝑓_Ф = 50 Гц; диаметр трубы фазоинвертора – 5 см; длина трубы – 27 см.

Для АС были разработаны и рассчитаны разделительные фильтры всепропускающего типа [3], схема которых приведена на рис. 6, частота раздела

𝑓𝑓_Р = 3,5 кГц;




Рис. 5 ВЧ ГГ 6ГДВ-4 ^{Рис. 6 Схема} разделительных

фильтров
Для изготовления корпуса подходит хорошо себя зарекомендовавший материал с высоким декрементом затухания – MDF -плита толщиной 12 мм [3]. Труба АЛ и камеры ПР частично заполнены тонковолокнистым звукопоглотителем.

Частотные зависимости полного сопротивления |Z| и звукового давления (АЧХ) представлены на рис. 7-9.




Рис. 7 Частотная зависимость ^|𝑍𝑍^| ПР _{Рис. 8 Частотная зависимость |Z|}

АЛ



Рис. 9 АЧХ по звуковому давлению, разработанных АС
Анализ зависимостей показывает правильность расчёта и настройки акустических оформлений и фильтров. Характеристики разработанных АС:
номинальная мощность, Вт – 30 паспортная мощность, Вт – 60

номинальное электрическое сопротивление, Ом – 4

диапазон воспроизводимых частот по уровню - 15 дБ – 30-30000 Гц уровень характеристической чувствительности, дБ – 89

габариты, см – 18×52×32 масса, кг – 7,5
Параметры АС соответствуют требованиям к электроакустической аппаратуре категории Hi-Fi и, кроме мощности, не уступают, а скорее превосходят, аналогичные параметры малогабаритных АС ведущих мировых производителей при значительно более низкой цене. Сочетания в одном корпусе АЛ и ПР при таких габаритах нам не встречались.

Литература

1. 
   Бадаев А.С. Фронтальные акустические системы для домашнего кинотеатра / А.С. Бадаев // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2018. – Т. 14. – №4. – С. 96-102.
   
2. 
   Бадаев А.С. Малогабаритные акустические системы на основе акустического лабиринта / А.С. Бадаев // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2017, Т. 13, №4. – С. 75-78.
   
3. 
   Бадаев А.С. Проектирование и конструирование высококачественных акустических систем: монография / А.С.Бадаев; ФГБОУ ВО «Воронежский гос-ударственный технический университет», - Воронеж: издательство ВГТУ, 2019. – 203 с.