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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Subwoofer fürs Auto. Teil 3. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Lautsprecher Sound am Ende des Tunnels „Wolodja, wenn du im Lager bist, schnapp dir die Anschlüsse für die Phasiken ...“ (in einem der Moskauer Installationsstudios belauscht) (Als AutoZvuk noch klein war und unter der Fittiche von Salon AV stand, wurden die ersten beiden Teile der Trilogie über Subwoofer veröffentlicht – ca was zu erwarten ist aus verschiedenen Arten von Akustikdesign und wie man wählt Lautsprecher in geschlossener Box. Ein erheblicher Teil derjenigen, die sich im Nachdenken über das Leben für einen verständnisvollen Umgang mit der Bassbewaffnung ihres Autos entschieden haben, könnte im Prinzip damit auskommen. Aber nicht alles. Denn es gibt noch mindestens eine weitere, äußerst beliebte Art der Akustikkonstruktion, die einer geschlossenen Box in ihrer Beliebtheit in nichts nachsteht. (Bassreflex in der russischen Literatur, Bassreflex, Ported Box, Vented Box – auf Englisch – all dies ist tatsächlich eine tontechnische Umsetzung der Helmholtz-Resonator-Idee. Die Idee ist einfach – ein geschlossenes Volumen ist mit dem umgebenden Raum verbunden mit einem Loch, das eine bestimmte Luftmasse enthält. Das ist die Existenz dieser Masse – genau dieser Luftsäule, die laut Ostap Bender Druck auf jeden Arbeiter ausübt und Wunder bewirkt, wenn der Helmholtz-Resonator als Teil eingesetzt wird eines Subwoofers. Hier erhält ein raffiniertes Ding, das nach dem deutschen Physiker benannt ist, den prosaischen Namen eines Tunnels (im bürgerlichen Sinne Port oder Vent). Wie funktioniert ein Bassreflex? Warum hat das Vorhandensein eines sauber gemachten Lochs einer bestimmten Größe im Lautsprechergehäuse plötzlich dramatische Auswirkungen auf die Arbeit des gesamten Ensembles? Wie bereits nebenbei erwähnt, dient der Bassreflextunnel in den vorherigen Teilen dieser epischen Leinwand dazu, die im Inneren der Lautsprecherbox entstehende Schallwelle nach einer genau definierten Verzögerung zu verzögern und sie in derselben Phase nach außen abzugeben erzeugt durch die „Vorderseite“ des Lautsprechers. Hier in freier Wildbahn werden sie ihre Dezibel bündeln und einem (bei richtiger Berechnung) auf die Ohren schlagen, damit es nicht zu wenig erscheint. Aus diesem Grund lieben sie den Bassreflex – wegen seiner höheren Effizienz im Vergleich zu einer geschlossenen Box. Aber nicht nur. Brutale Gewalt ist kein Argument, es sei denn, sie wird durch die Genauigkeit der Signalwiedergabe gestützt. Gemeint ist hier ein weiteres, weitaus weniger triviales Merkmal des Bassreflexes – seine Fähigkeit, den erforderlichen Schalldruck mit einer deutlich kleineren Schwingungsamplitude des Diffusors zu erzeugen. Das klingt etwas paradox. Jeder weiß, dass es das Vorhandensein eines geschlossenen Volumens hinter dem Diffusor ist, das die Vibrationen des Diffusors dämpft. Warum werden sie in einem „undichten“ Gehäuse plötzlich kleiner erscheinen? Und wegen der Masse, wie gesagt. Das Loch im Phasenwandlerkörper ist daher wie ein ziemlich langer Tunnel geformt – ein Rohr, mit anderen Worten, um eine bestimmte Luftmasse im Inneren zu halten. Bei relativ hohen Frequenzen, über 200 Hz, führt die Trägheit der Luftmasse im Tunnel dazu, dass dieser akustisch völlig undurchsichtig ist. Es ist, als wäre es komplett blockiert.
Bei niedrigerer Frequenz beginnt der Luftstopfen im Tunnel zum Leben zu erwachen und sich zu bewegen, da er durch den pulsierenden Druck im Inneren der Box von hinten gedrückt wird. Die Trägheit der Luftmasse führt dazu, dass sie sich nicht im Takt der auf sie einwirkenden Welle, sondern mit einer gewissen Verschiebung bewegt. Diese Verschiebung erreicht 180 Grad in der Phase, das heißt, sie beginnt bei einer bestimmten Frequenz, die als Bassreflex-Abstimmungsfrequenz bezeichnet wird, gegenphasig zur Schallwelle zu sein, die von der Rückseite des Diffusors ausgeht.
Hier zielen fast alle Anstrengungen des Lautsprechers darauf ab, die hartnäckige Luftmasse im Inneren des Tunnels zu schaukeln, sodass für Eigenschwingungen fast nichts mehr übrig bleibt und die Schwingungsamplitude des Diffusors minimal ist. (Und das Geräusch kommt, und was für ein Geräusch! Es ist nur so, dass bei dieser Frequenz fast alles aus dem Tunnel kommt.) Und da es die großen Schwingungsamplituden des Diffusors sind, die für das Ohr wahrnehmbare Verzerrungen verursachen, ist die Klangsituation am günstigsten. Bei niedrigeren Frequenzen beginnt sich die Lage jedoch zum Schlechten zu wenden: Bei sehr langsamen niederfrequenten Schwingungen hat die Luftmasse im Tunnel keine Trägheit mehr und wird von der Rückseite des Diffusors wie eine Pumpe hin- und hergepumpt .
In diesem Fall entsteht die Situation, als wäre der Lautsprecher überhaupt nicht im Gehäuse eingebaut, d. h. die Wellen von der Rückseite des Diffusors und von der Vorderseite treffen gegenphasig aufeinander und fressen sich wie bei einem Normalen weitgehend gegenseitig auf akustischer Kurzschluss. Deshalb sinkt die Bassreflexleistung unterhalb der Abstimmfrequenz doppelt so schnell wie bei einer geschlossenen Box. Noch schlimmer ist jedoch etwas anderes: Der Diffusor bremst nichts mehr und die Amplitude seiner Schwingungen beginnt bei sehr niedrigen Frequenzen einfach katastrophal zu wachsen. Die Subsonic-Filter mancher, meist reinrassiger Frequenzweichen und Verstärker dienen fast ausschließlich dazu, dieser schlechten Angewohnheit der Bassreflexe entgegenzuwirken. Was genau erreichen wir also, wenn wir für unser Projekt einen Bassreflex als Akustikdesign wählen? ((Ich möchte Sie gleich darauf hinweisen, dass die Berechnung eines Bassreflexes ohne dafür vorgesehene Computerprogramme möglich ist und es dafür Berechnungsformeln und Nomogramme gibt. An der Schwelle zum dritten Jahrtausend kann ich solche Methoden jedoch nicht als etwas anderes einstufen als Masochismus. Hier ein Bild, das (fast) alles erklärt. Genommen wurde ein 10-Zoll-Lautsprecher, dessen Parameter für den Einbau in einen Bassreflex geeignet sind und welche Eigenschaften sich bei Einbau in den dafür optimalen Bassreflex (20 l, abgestimmt auf 42 Hz) und einer geschlossenen Box desselben ergeben würden Volumen wurden simuliert.
Die obere der beiden schwarzen Kurven gehört natürlich uns. Im Vergleich zu einer geschlossenen Box ist die Reaktion im gesamten Frequenzband unterhalb etwa 150 Hz deutlich höher. Was bedeutet „im Wesentlichen“? Schauen Sie mal: Bei einer Frequenz von beispielsweise 60 Hz beträgt der Unterschied etwa 4 dB. Und das entspricht einer Steigerung der Verstärkerleistung um das 2,5-fache. Das heißt, mit einem bescheidenen 100-Watt-Verstärker spielt ein solcher Subwoofer so, als ob ihm 250 Watt zugeführt würden. Für das gleiche Geld. Aber von den roten Kurven, die die Abhängigkeit der Schwingungsamplitude des Diffusors von der Frequenz darstellen, ist unsere die niedrigere. Genau dort, wo die meiste Bassenergie konzentriert ist – unterhalb von 100 Hz, beginnt die Amplitude abzufallen und bleibt deutlich niedriger als bei einer geschlossenen Box, obwohl der erzeugte Schalldruck doppelt so hoch ist! In einem geschlossenen Kasten steigt die Schwingungsamplitude stetig an und geht bei Anlegen der als Maximum angegebenen Leistung bereits bei 70 Hz über den Betriebsbereich (rote gestrichelte Linie) hinaus, darunter ist es eine Katastrophe. Hier werden die bekannten Pfeifgeräusche erzeugt, die die Bassnoten begleiten. Bei einem Bassreflex setzt sich die Anmut mit den Amplituden bis etwa 30 Hz fort, und dort beginnt die Amplitude unbändig zu wachsen. Allerdings gibt es dort fast keinen Ton mehr, so dass die direkte Bedeutung darin besteht, diesen Teil des Spektrums mit einem Subtonalfilter (falls vorhanden) zu „abwürgen“ und Wirkungseffizienz mit minimaler Verzerrung im eigentlichen Audiobereich zu genießen. "Großartig!" - wird der ungeduldige und dezibelhungrige Leser ausrufen, diese Seiten zuschlagen und sich sofort daran machen, die Löcher in seinem eigenen Subwoofer zu flicken. Genosse, hör auf! Sehen Sie, was als nächstes passieren könnte. Lassen wir alles unverändert, nehmen den alten Lautsprecher aus unserer 20-Liter-Box und bauen einen anderen ein – speziell für den Betrieb in einem geschlossenen Gehäuse konzipiert.
Seine Leistung in einer geschlossenen, nativen Box – der untersten in der Grafik – war sehr schön. Und wenn man es in einen Bassreflex umwandelt, wird es wie das Topmodell, das heißt, es gibt ein ausgeprägtes „Pop“ zwischen 50 und 100 Hz. Aufgrund der Schaffung solcher Kombinationen erhielten Bassreflexe einst den beleidigenden Spitznamen Boom-Box („Alkohol“), der später, diesmal völlig zu Recht, für eine Art tragbares Radio verwendet wurde. Was war der Unterschied zwischen den beiden Lautsprechern? In zwei Parametern, die für eine gegebene akustische Gestaltung in einer gewissen Harmonie sein müssen, sonst gibt jeder, der hier klingt, sozusagen die Hoffnung auf. Diese Parameter sind die Resonanzfrequenz Fs und der Gesamtqualitätsfaktor Qts. Für den „geschlossenen Lautsprecher“ waren es Fs = 25 Hz, Qts = 0,4. Und für den „Bassreflex“-Lautsprecher 30 Hz und 0,3. Es scheint, dass der Unterschied nicht so groß ist, aber die Ergebnisse sind deutlich unterschiedlich. Die Energie Der Passband-Parameter wurde damals erfunden. Fs/Qts zeigt sofort, wer wer ist: Sein Wert für den ersten Lautsprecher beträgt 62,5 und für den zweiten - 100. Die Regel ist einfach: Wenn Fs/Qts deutlich unter 100 liegt, vergessen Sie das Wort "Bassreflex". Wenn es nahe oder höher ist, erinnern Sie sich noch einmal und vergessen Sie die geschlossene Box. Im Bereich von 90 - 100 gibt es eine „Dämmerungszone“, in der Sie mit gewissen Zugeständnissen beides verwenden können. Aber was passiert, wenn man auf eigene Faust darauf besteht und den Lautsprecher in ein für ihn ungewöhnliches Design drängt? Versuchen wir es, zum Glück, während sich das Drama auf dem Papier und am Computerbildschirm abspielt, also „mit wenig Verlust, auf fremdem Territorium“. Zunächst stellen wir den „Bassreflex-Lautsprecher“ in eine geschlossene Box und versuchen, den einzigen Parameter, der uns zur Verfügung steht, zu variieren – die Lautstärke dieser Box.
Es gibt drei Kurven in der Grafik. Am flachsten ergibt sich das Ergebnis beim Einbau in eine Box mit 50 Litern Volumen, am steilsten fällt es unter 100 Hz ab – bei einem Boxenvolumen von 10 Litern. Und in der Mitte befindet sich unser Original-Charakteristikum im 20-Liter-Volumen. Wir sehen: Die Lautstärke ändert sich von unanständig klein zu unpraktisch groß, aber eine gute Charakteristik kommt nicht zum Vorschein – sie beginnt entweder zu früh abzufallen oder fällt zu schnell ab.
Ein Lautsprecher, der für eine geschlossene Box ausgelegt ist, hat, wie aus der folgenden Grafik hervorgeht, die Möglichkeit, entweder das Optimum zu erreichen (mittlere Kurve) oder die Lautstärke zu „reduzieren“, wodurch eine eher spürbar „brummende“ Charakteristik erzielt wird (obere Kurve). erhalten in einem Volumen von 10 Litern). Wie wäre es umgekehrt? Ist es möglich, einen „geschlossenen“ Lautsprecher beim Einbau in einen Bassreflex so anzupassen, dass ein gleichmäßiger Frequenzgang entsteht? Theoretisch ja, zum Glück kann man mit einem Bassreflex die Frequenz bei konstanter Lautstärke anpassen, indem man den Durchmesser und die Länge des Tunnels verändert (in der Praxis natürlich immer die Länge). Wir beginnen das Experiment mit der oberen, absolut schrecklichen Kurve (Volumen 20 Liter, Abstimmfrequenz 50 Hz) und bauen nach und nach den Bassreflex wieder auf, bis wir bei einer Abstimmfrequenz von 20 Hz plötzlich merken, dass wir bei einem sehr schönen Ergebnis angelangt sind Kurve (unten im Diagramm).
Hoppla, lasst uns nun herausfinden, welcher Tunnel dafür benötigt wird – und weitermachen! Nach einer halben Sekunde Computerzeit stellen wir fest, dass man einen Tunnel mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Länge von 20 m 75 cm benötigt, um ein 1-Liter-Volumen auf eine Frequenz von 65 Hz abzustimmen Höhe einer Miniaturdame und nicht die Größe eines kompakten Subwoofer-Teils. Aber mit einem „Bassreflex“-Lautsprecher können Sie die Frequenz mit minimalem Aufwand (Rohr hineinschieben – Rohr herausziehen) anpassen, nicht schlimmer als mit einem Equalizer. Die Grafik zeigt die Ergebnisse einer solchen Aktivität im Tunnel-Tuning-Frequenzbereich von 35 bis 52 Hz, die eine Tunnellänge von 190 bis 400 mm erforderte – weiß Gott nicht was, selbst beim höchsten Wert.
Im nächsten Teil der Saga über Subwoofer (natürlich nicht der letzte – das Thema ist grenzenlos, und Gott ist barmherzig und wird vielleicht die Jahre des Autors verlängern) werden wir uns direkt mit der Frage der praktischen Umsetzung befassen Der Plan – für diejenigen, die es selbst tun möchten oder für diejenigen, die in der Lage sein möchten, die Arbeit eines kompetenten Installateurs von den Bemühungen eines unwissenden Hackers zu unterscheiden. Stimmen Sie zu – auch wenn Sie mit dem Taxi reisen, ist es nützlich zu wissen, dass der Weg von Sokolniki nach Izmailovo irgendwie an Chertanovo vorbeiführt... Autor: Andrey Elyutin, AvtoZvuk; Veröffentlichung: avtozvuk.com
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