Что такое пассивный динамик

Акустическое оформление с пассивным излучателем (ПИ). Расчет и настройка

Существует еще одна разновидность акустического оформления громкоговорителя, способная обеспечивать воспроизведение громкоговорителем низших частот при сравнительно небольших габаритах ящика. Она имеет несколько названий, из которых наиболее правильным являются: фазоинвертор с пассивным радиатором или ФИ с закрытым отверстием. Еще такое оформление называется пассивный излучатель (ПИ) или пассивный радиатор.

Особенность этого фазоинвертора состоит в том, что громкоговоритель размещается в ящике, имеющем вблизи места его установки отверстие, с закрепленной в нем подвижной системой второго громкоговорителя без магнитной системы и центрирующей шайбы. Диаметр диффузора пассивного радиатора приблизительно равен диаметру диффузора громкоговорителя. Отверстие в звуковой катушке заклеено и в этом месте, к диффузору прикреплен дополнительный груз. Масса груза зависит, главным образом, от объема ящика и резонансной частоты фазоинвертора.

Принцип действия с пассивным радиатором аналогичен принципу действия обычного фазоинвертора. На резонансной частоте закрытого ФИ диффузор пассивного радиатора колеблется синфазно с диффузором основного громкоговорителя, обеспечивая эффективное воспроизведение сигнала в области низших частот. Таким образом, в отличие от основного фазоинвертора здесь масса в отверстии заменена массой подвижной системы пассивного радиатора, включая дополнительный груз.

Груз позволяет более просто, чем это делается при измерении размера (объема) прохода в обычном фазоинверторе, регулировать резонансную частоту фазоинвертора. При уменьшении объема ящика обычного фазоинвертора приходится увеличивать объем прохода или уменьшать площадь отверстия, что снижает эффективность фазоинвертора. Фазоинвертор с закрытым отверстием свободен от этого недостатка и в это его основное достоинство.

Пассивные излучатели нашли применение в акустических системах эпохи СССР, таких как: “25 АС-128 Электроника” и “35 АС-015 Электроника”. В современных АС такое оформление применяется в акустике PMC IB2i или сабвуфере Sunfire True Subwoofer. Пассивный излучатель может быть практически любой формы, круглой, квадратной или к примеру овальной, как показано на фото ниже:

Другим положительным качеством фазоинвертора с закрытым отверстием является несколько большая синфазность движений обоих диффузоров в области резонанса по сравнению с движением объема воздуха в отверстии и диффузора громкоговорителя в обычном фазоинверторе. Резонансная частота фазоинвертора с закрытым отверстием равна ( также как и обычного):

fф = 1 : (2Π · (√mф · Сф)), где

Расчет фазоинвертора с закрытым отверстием производят следующим образом: выбрав объем ящика Vф и, зня эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф определяют гибкость воздушного объема из выражения:

Dэф =0,85-0,9 Dдиф, где

Эквивалентный эффективный диаметр диффузора эллиптической (овальной) формы равен:

Dэкв.эф = (0,85 – 0,9) · (√Dб · Dм), где

Поскольку гибкость подвеса диффузора пассивного радиатора Спод много больше, чем гибкость воздушного объема ящика Сф, ее влияние на суммарную гибкость крайне мало и им можно пренебречь. Общая гибкость определяется по формуле:

Cобщ = (Спод · Сф) · (Спод + Сф)

Спод >> Cф, Собщ ≈ Cф.

Приняв, как обычно, резонансную частоту закрытого фазоинвертора, равной основной резонансной частоте громкоговорителя, находят массу mф, соответствующей этой частоте и гибкости выбранного объема:

mф = 1 : (4Π 2 · fф 2 · Сф)

Как указывалось выше, в эту массу входит масса диффузора пассивного радиатора mрад и присоединенная масса соколеблющегося с ним воздуха Δm, т.е.:

mф = mрад + Δm.

Величина Δm зависит от эффективного диаметра диффузора и определяется выражением:

Таким образом, диффузор радиатора должен обладать массой:

mрад = mф – Δm;

Практически этой величине и будет равняться масса груза, который необходимо установить на диффузоре. Для облегчения необходимых расчетов в таблице приводятся значения гибкости объема Сф для ящиков объемом от 20 до 80 л и диффузоров пассивного радиатора с эффективным диаметром от 15 до 22 см, там же указанна величина присоединенной массы воздуха Δm для тех же диаметров диффузоров.

Величина гибкости объема воздуха в ящиках с промежуточными значениями и эффективного диаметра диффузора радиатора определяют методом интерполяции по двум соседним значениям гибкости, между которыми находятся принятые размеры.

Для примера определим массу груза, который должен быть укреплен на диффузоре пассивного радиатора диаметром Dдиф = 22 см, устанавливаемом в ящике ФИ объемом Vф = 50 л при резонансной частоте ФИ 45 Гц. Эффективный диаметр:

Dэф = 0,87 → Dдиф=0,87 · 22 = 19 см.

Находим по таблице гибкость объема воздуха в ящике при таком эффективном диаметре диффузора: эта гибкость равна:

Полная масса диффузора должна быть:

mф = 1 : (4Π 2 · fф 2 · Сф) = 10 6 : (4Π 2 · 45 2 · 0,44) ≈ 28,4 г

Присоединенная масса воздуха, согласно таблице, равна Δm = 5,5 г. Следовательно, для получения заданной резонансной частоты необходимо установить дополнительный груз:

mрад = mф – Δm = 28,4 – 5,5 ≈ 23 г

Дополнительный груз представляется собой стальной или медный (латунный) диск толщиной h, которая для стали в зависимости от диаметра диска d, равна:

h = (0,16 · mрад) : d 2

Как указывалось выше, магнитная система и центрирующая шайба удаляются из громкоговорителя, предназначенного для работы в качестве пассивного радиатора. Это делается для того, чтобы увеличить гибкость и линейность движения подвижной системы, и устранить опасность касания звуковой катушки. При этом не уменьшается действующий объем ящика. Представление о конструкции пассивного радиатора, установленного рядом с громкоговорителем, показано на рисунке ниже, на котором видно как дополнительный груз в виде диска прикреплен в центре диффузора болтом с гайками. Отверстие в диффузоре заклеивают кусочком жесткой бумаги (ватман или тонкий картон) с зубцами, приклеенными к диффузору целлулоидным или другим клеем, например БФ-2. Само собой разумеется, что основная резонансная частота громкоговорителя, предназначенного для пассивного радиатора, не имеет ни какого значения. Или же можно купить готовые пассивные излучатели, они сейчас в большой доступности.

Проектируя фазоинвертор с закрытым отверстием, не следует делать его объемом менее 30-40 л при резонансной частоте ниже 50 Гц, т.к. увеличение массы подвижной системы пассивного, также как и массы воздуха в проходе обычного ФИ, ухудшает переходные характеристики громкоговорителя.

Проверить правильность настройки сделанного фазоинвертора можно либо по видимой при резонансе ФМ амплитуде колебаний пассивного радиатора, либо по возрастающей при резонансе громкости, в чем можно убедиться, поставив кусок фанеры между диффузорами и поднесся ухо к диффузору пассивного радиатора. Также, как и в обычном фазоиверторе, частотная характеристика полного сопротивления громкоговорителя в фазоиверторе с закрытым отверстием должна иметь два максимум почти одинаковой высоты.

Ящик для фазоивертора можно изготовить из фанеры или ДСП плит толщиной 8-12 мм, при этом следует учесть, что он не должен иметь щелей. Внутрь ящика полезно поместить звукопоглощающий материал, например, поролон толщиной 15-30 мм, который сделает более гладкой частотную характеристику громкоговорителя в области средних частот.

По материалам из журнала «Радио», 1974, № 1

Источник

Активная или пассивная акустика

Чем они различаются и какую из них выбрать

Активная или пассивная акустика

Чем они различаются и какую из них выбрать

В данной статье мы расскажем о различиях в конструкции активных и пассивных акустических систем, разберем распространенные в отношении них заблуждения и дадим рекомендации по выбору того или иного варианта для домашней стереосистемы.

Пассивная акустика

Это привычный всем любителям Hi-Fi тип акустических систем, где для разделения аудиосигнала на отдельные частотные полосы используются фильтры, состоящие из пассивных элементов – конденсаторов, резисторов, катушек индуктивности. Их задача заключается в выделении из широкополосного сигнала отдельных частотных участков, каждый из которых будет воспроизводиться специальным излучателем – высокочастотным, среднечастотным или низкочастотным.

Главная особенность пассивных акустических систем заключается в том, что установленные в них фильтры работают с высокоамплитудным сигналом, получаемым с выходного каскада усилителя мощности. А это означает, что точность работы таких фильтров критически зависит как от правильности расчетов, так и от качества пассивных элементов в схеме кроссовера. На качество звука влияют такие факторы, как дополнительные сопротивления, емкость конденсаторов, потенциальные фазовые искажения, надежность контактов и многое другое. Да и сам усилитель получает не только реактивную нагрузку в виде динамических головок АС, но и должен дополнительно «пробивать» компоненты фильтра, особенно если речь идет о сложных кроссоверах с компенсирующими цепочками или дополнительными контурами плавной подстройки в виде аттенюаторов.

Все это вкупе снижает эффективность работы как динамических головок, так и выходных каскадов усилителя, в результате максимально достижимый уровень звукового давления также снижается. Тем не менее, у пассивных акустических систем есть существенные преимущества, прежде всего, с практической точки зрения.

Во-первых, покупатель получает возможность дальнейшего беспроблемного апгрейда как усилительной части своей системы, так и кабельной.

Во-вторых, при условии использования равных по уровню качества компонентов пассивная схема обычно обходится дешевле активной.

В-третьих, любители самостоятельной сборки и настройки имеют гораздо больше шансов сделать в домашних условиях хорошо звучащие пассивные АС, чем активные.

Активная акустика

Прежде всего, давайте разберемся с определениями. Очень часто под словами «активная акустика» пользователи понимают любые колонки, внутрь которых встроены усилители. Это не совсем правильно, поскольку в таких АС усилители могут быть подключены к динамическим головкам через пассивные фильтры, то есть, по сути, такие модели конструктивно ничем не отличаются от пассивных. Основным условием для отнесения акустических систем к разряду «активных» является не факт встраивания усилителей внутрь корпуса АС, а использование низкоуровневых разделительных фильтров, разделяющих аудиосигнал на отдельные частотные полосы до его поступления на выходные каскады усилителей мощности, отдельных для каждой полосы. При этом усилители могут зачастую располагаться в своих собственных отдельных корпусах. Поэтому в данном материале активной будет именоваться только та акустика, которая отвечает перечисленным критериям.

Принцип работы активной акустической системы

От источника цифровой или аналоговый сигнал поступает на процессор/активный фильтр, где он разделяется на нужное число полос. Это могут быть два, три или более частотных участка, предназначенных для воспроизведения отведенными для этого излучателями. Далее в дело вступают отдельные усилители, подключенные напрямую к динамикам, каждый из которых работает в своей полосе частот.

Такое решение позволяет не только максимально эффективно использовать возможности усилителя, но и гибко настраивать всю систему. Так, например, для получения чистого и глубокого баса для НЧ полосы логично применять мощный усилитель, например, работающий в классе D, в то время как середину и ВЧ лучше поручить менее мощному, но более «певучему» транзисторному аппарату в классе А или даже ламповому усилителю. Многие производители профессиональных активных мониторов вообще разрабатывают специальные версии усилителей, работающие в узкой полосе частот. Кроме того, цифровые или аналоговые процессоры по точности настройки существенно превосходят пассивные решения. Так, современные профессиональные активные кроссоверы высокого класса дают возможность «сшить» практически любые виды излучателей путем введения временных задержек сигнала, плавной регулировки уровня, фазы, частоты среза и крутизны спада для каждого излучателя, а также добавления кривых эквализации. В результате каждый из усилителей получает заранее «приготовленный» сигнал, который дальше усиливается и напрямую отправляется на свою динамическую головку или другой излучатель.

Какие преимущества имеют активные акустические системы по сравнению с пассивными?

Во-первых, существенно более высокий уровень звукового давления с минимальными нелинейными, фазовыми и интермодуляционными искажениями.

Во-вторых, в такой схеме обеспечивается максимально эффективная работа усилителей и излучателей в отведенной им полосе частот.

В-третьих, возможность на уровне разделительного фильтра (при наличии такого функционала) настраивать звучание в конкретном помещении с учетом его особенностей.

Какие активные АС сегодня есть на рынке

Больше всего готовых акустических систем с полосным усилением встречается на профессиональном рынке в виде активных мониторов ближнего, среднего и дальнего поля. Несмотря на существующие мифы и легенды, никаких препятствий к их успешному использованию в домашних системах высокого класса не существует. Более того, по соотношению цены и качества такие АС оказываются зачастую весьма выгодными за счет того, что отделка корпусов у них достаточно утилитарна – среди студийных мониторов не встретишь моделей, покрытых шпоном ценных пород дерева или тройным лаком от Ferrari. Кроме того, в их цену не закладывается серьезная маржа дистрибьюторов и дилеров High End техники, давно работающих с акустикой по тем же принципам, что и продавцы любых товаров класса Luxury.

Существует предложение активных акустических систем и на рынке бытовой акустики, подобные решения предлагают многие компании, производящие акустические системы класса Hi-Fi и High End. Особенно популярны в последние годы стали цифровые активные беспроводные АС, предназначенные для работы как в обычной стереосистеме, так и в составе многокомнатных инсталляций. Более того, многие компании одновременно производят и профессиональные, и бытовые акустические системы высокого класса – JBL, Dynaudio, Tannoy, Focal, а производители студийной акустики высочайшего класса активно продвигают свои решения на бытовом рынке – Genelec, Westlake Audio, Backes&Muller, Ocean Way.

Основные типы активных АС

Мониторы ближнего и среднего поля

Как правило, они представляют собой двухполосные активные мониторы компактного формата с основным динамиком диаметром от 5 до 8 дюймов, в которых вся электронная начинка находится внутри корпуса. Они предназначены для прослушивания фонограмм на расстоянии от 1 до 3 метров, то есть там, где уровень прямого сигнала больше или равен отраженному. Как правило, эксплуатация таких мониторов подразумевает схему 2.1, в которой используются активные сабвуферы в отдельных корпусах, однако это справедливо не для всех ситуаций.

Мониторы дальнего поля

Обычно в их роли выступают трех- или четырехполосные системы, которые могут как иметь собственные корпуса, так и быть встроенными в специальные ниши. Вся электроника зачастую вынесена в отдельную стойку. Под дальним полем – обычно более 3-х метров – понимается такое положение слушателя, при котором в воспринимаемом им сигнале соотношение между прямым и отраженным звуком составляет либо 1 к 1, либо отраженный звук начинает превалировать.

Бытовые активные АС

По своей классификации и предназначению они в целом соответствуют студийным, за тем исключением, что все большие АС дальнего поля имеют свои собственные корпуса.

Кому нужно покупать домой активные студийные мониторы

Если вы занимаетесь звукозаписью в домашних условиях, то естественным выбором будут именно профессиональные активные АС, это вполне очевидно.

Любителям тяжелой и электронной музыки

Музыкальные жанры, при воспроизведении которых требуется создание высокого уровня звукового давления с минимальными нелинейными и интермодуляционными искажениями, лучше всего воспроизведут именно активные АС. Чтобы получить тот же уровень звука от пассивной бытовой системы, придется заплатить существенно больше.

Поклонникам ровного и нейтрального звука

Несмотря на то, что студийные мониторы, как Hi-Fi акустика, также звучат по-разному, их объединяет общее требование к получению максимально ровной АЧХ в точке прослушивания и минимальной окраске звука. А это означает, что на любых фонограммах результат будет более предсказуемым.

Кому не нужно покупать домой активные студийные мониторы

Если неотъемлемым элементом вашего увлечения звуком является регулярная замена компонентов, проводов и аксессуаров, то активная система, особенно студийная – не ваш выбор. Она дает меньше простора для экспериментов, кроме того, не столь живо реагирует на замену кабелей.

Поклонникам «живого» звука

Тем, кто ищет максимально подвижного и пластичного звука с богатыми тембрами и нежным отношением к предполагаемому замыслу композитора, рабочие лошадки в виде современных активных мониторов вряд ли понравятся. При их проектировании гораздо больше внимания уделяется перегрузочной способности и надежности, чем возвышенным материям.

Активные студийные мониторы чаще всего имеют достаточно утилитарный внешний вид, поэтому если вы печетесь о соблюдении утонченного дизайна вашего интерьера, то навряд ли они вам подойдут. Если вам все же нужна активная акустика, то ваш выбор – продукция, предназначенная для бытового рынка, благо сегодня на рынке уже есть неплохой выбор подобных АС.

Источник

Пассивный излучатель поднимает НЧ акустической системы

Большой проблемой для любой акустической системы являются низкие частоты. Чтобы поднять их уровень чаще всего применяется фазоинвертор. Он не сложен в изготовлении, но довольно сложно его правильно рассчитать. Намного проще поднять басы акустической системы, установив в них пассивный излучатель своими руками. Поэтому в этой статье рассмотрим подробнее что такое пассивный излучатель.

Что такое пассивный излучатель

Пассивный излучатель (он же пассивный динамик) — это излучатель, лишенный магнитной системы и катушки. Он не способен преобразовывать электрический сигнал в звуковые колебания, а значит не может работать самостоятельно и должен возбуждаться активным излучателем, установленным в тот же закрытый корпус.

Наиболее эффективен пассивный излучатель на низких частотах. Н а средних и высоких частотах звукового давления, создаваемого активным излучателем, просто недостаточно. Поэтому используя пассивный динамик можно своими руками значительно улучшить басы вашей акустической системы.

АЧХ колонки с пассивным излучателем

Установка пассивного излучателя приводит к увеличению площади излучающей поверхности. Два диффузора колеблются вместе, поэтому во-первых повышается уровень в НЧ диапазоне, а во вторых и повышается КПД всей акустической системы.

Для примера рассмотрим обобщенную АЧХ акустической системы до и после вставки пассивного излучателя.

На сравнительном графике видно, что при наличии пассивного излучателя, АЧХ акустической системы значительно повышается в диапазоне от 20 до 500Гц. А это и есть низкочастотная область, т.е. те самые басы.

Как активный, так и каждый пассивный излучатель имеет свою резонансную частоту. На этой частоте его колебания максимальны.

Основную трудность для любой акустической системы обычно представляют самые низкие частоты, поэтому резонансную частоту всегда стараются понизить. Для этого диффузор пассивного динамика делают большей массы.

Колонка с пассивным излучателем

Если вы хотите своими руками сделать портативную колонку, то перед вами стоит вопрос контроля заряда аккумулятора. Для этих целей рекомендую глянуть статью Умный контроллер заряда литиевых аккумуляторов — модуль на tp4056. Тем более что стоят такие модули всего 30 центов за штуку.

Но даже если колонка не портативная, а настольная диаметр диффузора пассивного динамика должен быть больше или равен диаметру активного излучателя.

При этом собственный резонанс пассивного излучателя должен лежать ниже резонанса основного динамика. В идеале, для настольной акустики он должен лежать ниже 20Гц. Будет еще лучше, если такую же низкую резонансную частоту будет иметь и активный громкоговоритель.

Применяется пассивный излучатель только в корпусе типа закрытый ящик. Т.к. возбуждается он только колебаниями воздуха внутри корпуса от активной головки. Следовательно любая негерметичность корпуса колонки с пассивным излучателем сильно снижает эффективность отдачи по басам.

Пассивный излучатель своими руками

Можно легко сделать пассивный излучатель своими руками, удалив у низкочастотного динамика магнитную систему и подвижную катушку. Лучше использовать басовый динамик диаметром не меньше предполагаемого активного излучателя. Так же не лишним будет немного утяжелить диффузор.

Не обязательно препарировать нормальный динамик, чтобы сделать из него пассивный динамик своими руками. Лучше использовать его по назначению, а в дополнение к нему дешево купить пассивный излучатель на AliExpress.

Показанные выше пассивные излучатели отлично подходят для создания самодельных портативных колонок. Они обладают диаметром 2 дюйма и стоят всего 143 рубля за пару. Покупать рекомендую в этом магазине.

Еще более интересный вариант:

Эти пассивные излучатели уже меньше похожи на обычные динамики потому, что лишены металлической корзины и имеют минимальную толщину. Они обладают диаметром 3 дюйма (79мм), за счет чего могу обеспечить лучшие басы. Обойдутся они несколько дороже — 515 рублей за пару. Ссылка на магазин.

Больше диаметр — больше басов:

Это уже 4-х дюймовый пассивный излучатель басов. Его цена так же не столь велика и составляет 260 рублей. Купить его можно тут. Однако благодаря большему диаметру он еще лучшую отдачу по низким частотам.

Заключение

Пассивные излучатели уже давно используются во многих типах колонок, заменяя собой фазоинвертор. Например, пассивный излучатель отлично подходит для сабвуфера, особенно автомобильного. Поэтому определенно стоит попробовать встроить пассивный излучатель своими руками в вашу АС.

Материал подготовлен исключительно для сайта AudioGeek.ru

Источник