Реставрация и ремонт акустических систем и динамиков.
Разработка акустичеких систем.

+38 063 234 39 34, info@Hi-Fi.kh.ua

Наши телефоны

(063) 234 39 34

info@Hi-Fi.kh.ua




Начало Теория Теория TQWP- Рсширяющаяся Четверть Волновая Труба. Теория строительства.

TQWP- Рсширяющаяся Четверть Волновая Труба. Теория строительства.

 

Акустическое оформление TQWP (Tapered Quarter-Wave Pipe – Расширяющаяся Четвертьволновая Труба) впервые было описано Полом Войтом (Paul Voight) в 1930 году и является по сути рупором, настроенным на частоту резонанса динамической головки.

Такое решение имеет ряд преимуществ с точки зрения электроакустики. Во-первых АС лишена разделительных фильтров и поэтому характеристика её входного импеданса совпадает с характеристикой импеданса головки, что существенно упрощает сопряжение системы с любыми усилителями. Очень близкая к трансмиссионным линиям, TQWP отличается формой волновода. Своего рода рупор используется как обратная нагрузка для диффузора, но динамик помещен не в начале рупора как обычно, а на его стороне. Порт используется, чтобы использовать поток воздуха от обратной стороны диффузора динамика, для внутреннего демпфирования и увеличения отдачи на НЧ. Частота резонанса зависит только от длины L конуса и положения динамика. Высокая чувствительность делает АС лёгкой нагрузкой для маломощных УМЗЧ, что немаловажно для ламповых, но так же неплохо и для транзисторных усилителей, особенно работающих в чистом классе "А".  Кроме того наличие всего лишь одного динамика улучшает ФЧХ АС, что благоприятно сказывается на локализации источников звука и способности воспроизводить быстрые сигналы.

С другой стороны у такого подхода есть и недостатки – например ухудшение диаграммы направленности при больших уровнях громкости из-за эффекта зонального излучения. С точки зрения DIY, TQWP так же имеет ряд преимуществ. В частности – отсутствие необходимости в изготовлении разделительного фильтра, тонкой настройки фазоинвертора и многих других операций, без которых нельзя обойтись при постройке обычных АС. С другой стороны, габариты корпуса получаются довольно внушительными, что заставляет обращать особое внимание на подавление механических резонансов и закладывать дополнительные расходы на получения согласия со стороны супруги для вида на жительство этих немаленьких АС. Это пожалуй, наибольшая трудность в этапах построения TQWP. Серийно акустические системы TQWP производила известная в аудиофильских кругах фирма Lauther, устанавливавшая в них широкополосные динамики с большой характеристической чувствительностью. Итак, желание есть, руки размяты, жена в ожидании.

Основные принципы подбора динамиков


Лучшие результаты получаются при применении широкополосных динамиков.  Динамическая головка должна быть с полной добротностью Qts 0,4 - 0,7 и 
возможно низким эквивалентным объемом Vas , следует избегать слишком высоких значений Qts и Vas . Частота настройки корпуса TQWP приблизительно на 1/2 - 2/3 октавы ниже частоты резонанса динамической головки. Уменьшение частоты на 1 октаву, означает уменьшение в 2 раза. Взяв за основу понижающий коэффициент 1/2 октавы, частоту настройки можно расчитать по формуле: Fs-(Fs/2*0.5)=F1 или Fs*0.75=F1. Где F1 - частота первой гармоники, она же частота настройки корпуса, а Fs - частота резонанса динамика.

Немного теории:

Частота настойки рупора.


По материалам Bob Brines

F1 Частота настойки рупора ( трубы ), Fs Резонансная частота динамика.


Позиция динамика:

 По материалам  David B. Weems

d Позиция динамика (от закрытого конца рупора ( трубы )), L Длина рупора ( трубы ), St Площадь закрытого конца рупора ( трубы ), Sm Площадь открытого конца рупора ( трубы ).

Длина рупора:

По материалам  David B. Weems

L Длина рупора ( трубы ), C Скорость распространения звука в воздухе, F1 Частота настройки рупора ( трубы ), r Эквивалентный радиус рупора ( трубы ).

Площадь открытого конца рупора:

По материалам  David B. Weems

Sm Площадь открытого конца рупора ( трубы ), Sd Эффективная площадь дифузора.

Площадь порта:

Программа расчета TQWP-RUS.

Скачать

Данная программа представляет собой EXCEL-евский файл, в котором собран инструментарий для расчёта корпусов Tapered Quarter Wave Pipes (Tube) Коническая Четверть Волновая Труба. За основу был взят файл John Rutter по расчетам David B. Weems, сделана попытка минимизировать разброс параметров  вычислений допущеных в этом файле, произведена адаптация под метрическую систему мер.  Также автор добавил блок расчёта деталей корпуса с возможностью вывода на печать эскизов с размерами.

Лист "Расчет TQWP"

Блок расчета содержит все необходимые данные для вычисления размеров корпуса. Нужно заметить, что все размеры внутренние. Данные можно вводить только в ячейки подсвеченные белым цветом и только в миллиметрах, остальные ячейки информационные и защищены от редактирования.

В принципе все просто, но данные, по которым могут возникнуть вопросы постараюсь объяснить.

Толщина материала внутренней перегородки: Желательно брать плотный материал не подверженный резонансу (ДСП, фанера, лучше бакелитовая), толщиной не менее 20 мм, так, как перегородка является элементом крепления боковых панелей.

Внешний диаметр корзины динамика: Внешние габариты динамика.

Диаметр эффективной части диффузора: Желательно брать данные, предоставленные производителем, но можно и измерить самим, нужно измерить расстояние между центрами подвеса диффузора, что тоже близко к истине.

Диаметр посадочного отверстия: Пригодится при расчете деталей корпуса.

Собственная резонансная частота динамика: Необходима для автоматического расчета частоты настройки корпуса.

Глубина закрытой части рупора: Глубина площадки закрытого конца рупора (конуса). Категорически не рекомендуется делать больше 25 - 50 мм. Изменяя этот параметр можно в небольших пределах менять положение динамика по вертикали на передней панели.

Эффективная площадь диффузора: Вычисляется автоматически.

Площадь открытой части рупора: Равна 2,5-ой эффективным площадям диффузора. Вычисляется автоматически.

Площадь закрытой части рупора: Вычисляется автоматически.

Позиция динамика: Расстояние от закрытого конца рупора до центра посадочного отверстия динамика. Вычисляется автоматически.

Ширина корпуса: По умолчанию за ширину корпуса принимается внешний диаметр корзины головки. При желании изменить ширину корпуса, нужно подставить значение, на которое увеличится ширина с каждой стороны.

Глубина корпуса: Внутренняя глубина корпуса. Вычисляется автоматически.

Высота корпуса: Внутренняя высота корпуса. Вычисляется автоматически.

Глубина открытой части рупора: Вычисляется автоматически.

Длина перегородки: Вычисляется автоматически.

Высота порта: Вычисляется автоматически.

Площадь порта: Равна эффективной площади диффузора.

Внутренний объем корпуса: Вычисляется автоматически.

Длина рупора: Равна 1/4 длины волны, частоты настройки корпуса. Вычисляется автоматически.

Внешний диаметр ВЧ головки: Если не предполагается использование ВЧ головки этот параметр можно упустить.

Диаметр посадочного отверстия ВЧ головки: Если не предполагается использование ВЧ головки этот параметр можно упустить.


Формулы применяемые при расчете

В программе расчета сознательно допущена неточность по сравнению с оригинальным файлом. Вопрос в том, что считать открытым концом рупора, днище корпуса или расстояние от верхней части порта до задней стенки? По убеждению автора программы, порт не является частью резонатора. Согласно расчетам David B. Weems фактическая длина рупора может быть на 20% больше расчетной, так что, даже если я ошибаюсь, погрешность все равно в пределах допустимой нормы.

Лист "КОРПУС"

Здесь автор предлагает наиболее простой вариант конструкции корпуса. В конструкции предусмотрена возможность установки ВЧ головки. Так как размеры корпуса достаточно внушительные, желательно применять материал не менее 20-25 мм. толщиной. Передняя панель состоит из двух элементов: основной панели, на которую крепится широкополосный динамик и декоративной панели, которая приклеивается и притягивается саморезами к основной панели. Широкополосный динамик устанавливается в корпус снаружи, впотаи, ВЧ внахлест. Дабы придать большую жесткость, нижняя панель тоже выполнена в виде бутерброда. Для придания респектабельного вида, предлагается два гриля, верхний прикрывающий динамики и нижний, закрывающий отверстие порта. 

Краткое описание вводимых данных.

Передняя панель: Толщина материала основной передней панели.

Передняя декоративная панель: Толщина материала декоративной передней панели.

Задняя панель: Толщина материала задней панели.

Боковая панель: Толщина материала боковых панелей.

Перегородка 1: Толщина материала внутренней перегородки 1. Во избежание резонанса, желательно использовать материал, как можно толще. Перегородка также является элементом крепления боковых панелей и ребром жесткости.

Перегородка 2: Толщина материала днища закрытого конца рупора.

Верхняя панель: Толщина материала верхней панели.

Нижняя панель 1: Толщина материала нижней фальшь панели. Желательно использовать материал, как можно толще, так, как панель является элементом крепления боковых и задней панелей.

Нижняя панель 2: Толщина материала нижней панели.

Гриль верхний: Толщина материала декоративной накладки на динамик.

Гриль нижний: Толщина материала декоративной панели прикрывающей отверстие порта. Ровна толщине декоративной передней панели.

Высота терминала: Если предполагается использование прямоугольного терминала. Если терминал другой формы или отсутствует, оставляйте ячейку пустой.

Ширина терминала: Если предполагается использование прямоугольного терминала. Если терминал другой формы или отсутствует, оставляйте ячейку пустой.

Диаметр терминала: Если предполагается использование круглого терминала. Если терминал другой формы или отсутствует, оставляйте ячейку пустой.

Расстояние между корпусами динамиков: Расстояние между корпусами динамиков. При использовании ВЧ динамика.

Нижний обвод верхнего гриля: Расстояние между отверстием под динамик и нижней кромкой гриля.

Площадка крепления нижнего гриля: Площадка на основной передней панели не прикрытая декоративной передней панелью, предназначенная для элементов крепления нижнего гриля.

Скос на передней декоративной панели: Параметр не обязательный.

Толщина ткани для гриля: Необходимо для корректного расчета нижнего гриля.

Экизы чертежей

После того, как введены все обязательные параметры материалов, необходимых для построения корпуса, можно распечатать эскизы чертежей, нажатием кнопки "Распечатать эскизы". На печать будут выведены 8 листов формата А4 с указанием размеров. К сожалению эскизы не маштабированы. Необходимо отметить, что эскиз гриля будет распечатан в 2-х вариантах, для одного динамика и для двух ( включая ВЧ ). Выбирайте какой больше нравится.

Пример конструкции корпуса

Если кто-то воспользовался этой программой для расчета и изготовления АС, не сочтите за труд, написать пару слов автору о своих впечатлениях, замечаниях и предложениях. Автор будет благодарен, за небольшой репортаж о проведенных вами работах.

Лист "Примеры демпфирования"

Показано влияние на АЧХ размещения демпфирующего материала в корпусе.

Лист "Рекомендации по демпфированию"

Лист "Расчёт длины волны"

 

Материал взят с сайта http://tqwp.narod.ru.