Что такое пассивный радиатор в колонке

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

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

Территория баса: для чего сабвуферам нужны пассивные излучатели

Сохранить и прочитать потом —

Как-то раз в компанию REL позвонил разгневанный ветеран Hi-Fi и начал допытываться: «Почему вы не используете нормальные закрытые корпуса для ВСЕХ моделей?». Как будто при создании сабвуферов принято следовать некоему сакральному правилу, которое допускает только «истинную» конструкцию корпуса – герметичную. В связи с этим мы решили коснуться некоторых технических аспектов активных и пассивных динамиков, формы и размеров корпуса для разных моделей сабвуферов. Надеемся, это поможет вам найти ответы на некоторые из вопросов.

При всём уважении к милому джентльмену, который раздражённо бросил трубку, стоит отметить, что с сабвуферами не всё так просто.

Единого рецепта на все случаи жизни не существует. Мы используем два основных подхода: закрытый корпус или конструкцию с фронтальными основными динамиками, акустически связанными с пассивными излучателями, установленными в нижней панели корпуса.

Несколько десятков лет назад два австралийца, Тиль и Смолл (очевидно, из-за прилива крови к голове, поскольку ходят они вверх ногами по другой стороне Земли!), провели исследование параметров, определяющих поведение динамиков и их взаимодействие с корпусом. Одним из наиболее важных выводов их работы является осознание того, что чем больше корпус, тем мягче воздушная «пружина» внутри него. То есть для получения полной отдачи не требуется никаких дополнительных ухищрений от конструкции корпуса. В то же время, динамики, предназначенные для размещения в небольших корпусах, можно оснащать более мягким и эластичным подвесом, допускающим достаточно длинный ход диффузора.

Закрытый корпус

В моделях флагманской серии Reference мы используем динамики высочайшего качества с диффузором из углеродного волокна. Внутренняя структура диффузора включает поглощающий материал из переработанной джинсовой ткани. Изготовленные с соблюдением предельно строгих допусков, эти динамики с надёжным подвесом идеально контролируются мощными сильноточными усилителями, расположенными внутри корпуса.

И разве не прав наш почтенный клиент? Конечно же, прав. Покупатель с большими финансовыми возможностями в состоянии позволить себе бескомпромиссную сабвуферную систему – в закрытых корпусах, с безупречным дизайном и высококлассной электроникой.

Но это не означает, что каждый, кто не может оплатит годовую аренду реактивного самолета Gulfstream G-550 для корпоративных нужд, должен поставить крест на своей мечте.

Изначально наш бизнес опирался на принцип «учиться и создавать всё самое лучшее». Но затем, по мере накопления опыта, мы стали обращать больше внимания на практическую целесообразность и, как следствие, снижение стоимости продукции. По аналогии с фирмой Porsche, автомобили которой регулярно побеждают в Ле-Мане, мы делаем всё возможное, чтобы воплощать передовые технические идеи в своих «серийных автомобилях» – доступных моделях сабвуферов.

Высокое качество звучания в корпусе средних размеров

Именно поэтому модели серии S – S/812 и S/510 – реализуют очень многое из того, что предлагает серия Reference, но предназначены для работы в помещениях средних размеров и в составе более скромных систем. Изначально они спроектированы для корректной работы в линейных массивах при цене почти втрое меньшей, чем No.25.

И какое отношение это имеет к нашей дилемме «закрытая или альтернативная конструкция корпуса»? Скажем так: если корпус вашего сабвуфера вчетверо меньше, чем у No.25, вы всё равно стремитесь получить мощный и глубокий бас.

Чтобы достичь максимально быстрой реакции излучателя за счёт мгновенного начала и прекращения колебаний диффузора, в дело вступает прецизионная конструкция пассивного динамика. Наши пассивные радиаторы в моделях серии S обладают гораздо более высокой жёсткостью – по сравнению с любыми другими доступными на рынке. И при этом они настроены на очень низкую частоту резонанса для получения исключительно глубокого баса.

Что ещё важнее, они заставляют корпус «дышать», позволяя активному динамику работать в относительно небольшом пространстве с полной отдачей. Такой подход даёт результаты, очень близкие к достижениям флагманской модели, но в корпусе средних размеров. Чего невозможно добиться с помощью фазоинвертора, так как тот требует ГОРАЗДО большего объёма корпуса!

Думаю, нашему сердитому приятелю будет приятно осознать, что его не столь удачливые друзья всё же могут наслаждаться почти таким же качеством звучания, как и он сам!

Сабвуфер в закрытом компактном корпусе или модель с пассивным излучателем?

Напоследок рассмотрим компромиссное конструктивное решение, использованное в серии T/i. После создания линейки S, мы пришли к выводу о необходимости разработки ещё более компактных сабвуферов для работы в ограниченном пространстве и с более доступными по цене аудиосистемами.

Здесь мы использовали герметичные корпуса с динамиком, направленным вниз, для самых скромных по габаритам T/5i. И сочетание активного фронтального динамика с пассивным радиатором для T/9i и T/7i – как в мини-версиях наших более дорогих моделей серии S. Для корректной работы в компактном корпусе и активные, и пассивные динамики должны быть оборудованы мягким подвесом.

Результаты прослушивания говорят о том, что на примере сабвуферов линейки T/i нам удалось обеспечить превосходное звучание с высокими техническими характеристиками за скромную стоимость.

В заключение следует отметить, что инженерное искусство требует понимания всех технических составляющих, внимания к потребностям покупателя и работы над каждой проблемой до её оптимального решения. Для этого необходимо отчётливо представлять себе, какие системы используют потенциальные покупатели, какие у них условия прослушивания и чего они в конечном итоге ожидают от звука.

Мы много и напряжённо работаем на каждом этапе проектирования, продумывая все детали, чтобы каждой категории покупателей гарантировать «тот самый» звук, пополняя, таким образом, ряды сообщества счастливых обладателей сабвуферов REL.

John Hunter,
REL Owner & Design Director

Источник

Так же, как и громкоговоритель с портом, система пассивного излучателя использует звуковое давление, которое в противном случае удерживается в корпусе, для возбуждения резонанса, который облегчает акустической системе создание самых глубоких звуков (например, басов ). Пассивный излучатель резонирует с частотой, определяемой его массой и упругостью (податливостью) воздуха в корпусе. Он настраивается на конкретный корпус путем изменения его массы (например, путем увеличения веса конуса). Внутреннее давление воздуха, создаваемое движением активного диффузора привода, перемещает конус пассивного радиатора. Этот резонанс одновременно уменьшает количество перемещений низкочастотного динамика.

СОДЕРЖАНИЕ

Соображения по дизайну

Пассивные радиаторы используются вместо рефлекторного порта по нескольким причинам. В корпусах небольшого объема, настроенных на низкие частоты, длина необходимого порта становится очень большой. Они также используются для уменьшения или устранения нежелательных шумов турбулентности портов и сжимающего потока, вызванных высокоскоростным потоком воздуха в небольших портах. Кроме того, порты имеют резонансы трубопровода, которые могут оказывать нежелательное влияние на частотную характеристику. В первом приближении пассивный излучатель работает идентично порту.

Пассивные излучатели настраиваются на изменение массы (M _mp ), изменяя способ их взаимодействия с податливостью воздуха в коробке. Вес конуса пассивного радиатора должен быть приблизительно эквивалентен массе воздуха, который заполнил бы отверстие, которое могло быть использовано для этой конструкции. Если акустическая масса пассивного излучателя равна массе порта, а соответствие PR незначительно, то частотные характеристики этих двух типов систем будут практически идентичными.

Хотя частотная характеристика пассивного излучателя будет аналогична частотной характеристике шкафа с портами, спад низких частот системы будет немного круче (5-го порядка, а не 4-го) из-за выемки (провала) в частотная характеристика, вызванная V _ap (податливостью или жесткостью) пассивного излучателя. Этот провал возникает на резонансной частоте PR в свободном воздухе и вызывает несколько более плохую переходную характеристику. Несмотря на это, возможно, из-за отсутствия турбулентности в вентиляционной трубе и резонансов вентиляционной трубы, некоторые слушатели предпочитают звук PR вместо отраженных портов. Акустические системы PR лишь немного сложнее в конструкции и, как правило, дороже по сравнению со стандартными фазоинверторными корпусами.

Приложения

Источник