James K. Iverson
Вступ
Найбільш поширена система гучномовця складається з однієї або декількох голівок прямого випромінювання, змонтованих на одній з панелей корпусу прямокутної форми. Усі компоненти цієї системи вносять вклад в підсумкову якість звучання. Раніше були опубліковані гідні уваги дослідження параметрів голівок, об'ємів корпусу і характеристик кросоверів. Мета цієї публікації - представити деякі міркування відносно раціонального проектування панелей корпусів.
Резонанси корпусів можуть створювати проблеми при звуковідтворенні. Проте, теоретичні дослідження в області раціонального проектування панелей досить обмежені. Таппан і Муар вивчали проблему, і на їх роботи в ході подальшого викладу даватимуться посилання.
Стінки корпусів гучномовців виконують конструктивну функцію в якості елементу, що несе, для динаміків, естетичну функцію створення сприятливого враження від зовнішнього вигляду, а також акустичну функцію забезпечення повітряної " пружини" позаду дифузора випромінювача і протидії поширенню звуку, випромінюваного задньою стороною дифузора. На жаль, стінки корпусу під впливом зовнішніх дій самі по собі можуть почати вібрувати і виступати в ролі акустичних випромінювачів, що, швидше за все, змінить передбачувані характеристики системи. Збудження стінок може відбуватися декількома способами, найбільш важливі з яких: вібрація внаслідок зміни тиску повітря в ящику; вібрація від протидіючої сили від голівки; вібрація від переміщення інших панелей.
Вібрація від зміни тиску повітря
Кожна стінка корпусу працює, багато в чому, як пластина, на яку діє рівномірне навантаження від тиску повітря в ящику з частотою збудження, що визначається голівкою. На певній критичній частоті пластина має основний резонансний відгук до цього навантаження, і, поза сумнівом, також резонуватиме на деяких більш високих частотах. Вібрації панелей є добре вивченим предметом, існують формули для обчислення основних гармонік прямокутних пластин, що мають однорідну структуру, з жорстко зафіксованими або вільно опертими краями.
де:
fS.S. – основна частота коливань пластини з вільно опертими краями;
fc. – основна частота коливань пластини з жорстко зафіксованими краями;
a, b – довжина і ширина пластини;
r - питома маса панелі на одиницю площі;
E – модуль пружності;
h – товщина;
n - коефіцієнт Пуассона (відношення подовжньої і поперечної деформацій).
Таппан показує експериментально певні частоти для сталевих пластин у поєднанні з різними варіантами розпірок. Щоб перевірити придатність попередніх формул, по них були розраховані основні частоти для трьох прямокутних панелей з прикладів, вивчених Таппаном. Порівняння теоретично розрахованих значень частот і результатів експериментів приведене на мал. 1.
Мал. 1.
В результаті розбіжність складає приблизно 20 %, що, як не дивно, тільки підтверджує хорошу узгодженість між результатами, враховуючи не занадто точне знання граничних умов. Програма потім була використана, щоб розрахувати дані для графіків на мал. 2, на яких показана залежність основної частоти коливань від довжини панелей для різних співвідношень довжини до ширини. Товщина панелей з ДСП складає ½ і ¾ дюйма.
Мал. 2.
Більш високі резонансні частоти в силу декількох причин зазвичай не створюють проблем. По-перше, форма коливань на більш високих частотах в загальному випадку вимагає таких умов, коли різні частини стінки рухаються в протилежних напрямах. Коливання такої форми досить важко виникають під дією рівномірно розподіленого тиску усередині корпусу, крім того, при таких режимах назовні випромінюється істотно менше звуку внаслідок ефекту " місцевого" акустичного короткого замикання і меншої площі поверхні, що коливається. Мал. 3 ілюструє форму поверхні жорстко зафіксованої прямокутної пластини у вузлових точках для декількох режимів коливань.
Мал. 3.
Лейсс обговорює можливість того, що в квадратних пластинах з краями коливання, що вільно спираються, на частоті другої гармоніки можуть виникати одночасно " парами" в різних частинах пластини. Амплітуда цих коливань стає функцією початкових умов і може розрізнятися. Отже, виникає думка про те, що панелі квадратної форми використати не рекомендується.
Джерело: http://JAES, April 1973, Vol. 21, # 3, p.p. 177-180 |
