Как рассчитать объем короба под динамик

20 марта 2019
Преимущество закрытого ящика (ЗЯ) заключается в том, что задняя поверхность диффузора динамической головки не излучает в пространство вне АС. Таким образом, полностью отсутствует «акустическое короткое замыкание», следствием чего является минимальный уровень искажений, вносимых корпусом в итоговое звучание акустической системы, по сравнению с другими типами акустического оформления (при условии достаточной жёсткости корпуса, разумеется).

Недостатком закрытых АС является то, что диффузоры их головок нагружены дополнительной упругостью объема воздуха внутри корпуса. Наличие дополнительной упругости приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы головки в закрытом оформлении и, как следствие, к сужению воспроизводимого диапазона частот снизу. При размещении динамической головки в закрытом ящике, повышаются требования к корпусу АС. В общем случае можно сказать, что в закрытом оформлении ухудшается равномерность частотной характеристики АС в области средних и высоких частот из-за резонансных явлений в оформлении. Существенным минусом также является более низкий КПД ЗЯ, по сравнению с другими вариантами оформления.

Если вам неизвестны TS-параметры динамика, то объёмы ЗЯ, мало сдвигающего частоту основного резонанса, можно примерно рассчитать в зависимости от эффективного диаметра диффузора, по эмпирической формуле:

V = 125 · D 2 [см 3 ]

Здесь:
D — эффективный диаметр диффузора [см].
При измерении этого показателя подвес в расчёт не берётся, поэтому обычно D

80-85% от установочного диаметра динамика.
Глубина диффузора влияет на эффективный диаметр. Более глубокий диффузор даст большую площадь диффузора с тем же диаметром.
Именно поэтому встречается разная эффективная площадь у динамиков одинаковых по диаметру — те которые имеют большую эффективную площадь обычно либо более глубокие, либо имеют меньший подвес, что увеличивает их эффективную площадь.

Для более точного расчёта необходимо знать хотя бы два TS-параметра используемой динамической головки, а именно:
V_as — эквивалентный объём,
f_s — собственная резонансная частота

Зная эквивалентный объём динамической головки и её собственную резонансную частоту, можно рассчитать резонансную частоту fс закрытого оформления заданного объема V:

Из этой формулы вытекает, что частота резонанса закрытой АС объёмом V = V_as, возрастает в 1.41 раза, т.е. f_c = 1.41 · f_s, а в корпусе вдвое меньше V_as — в 1.73 раза, и т.д.

Если собственная резонансная частота неизвестна, можно разместить излучатель в ящик, внутренний объём которого рассчитан по приближённой формуле (90-100) · D 2 и измерить резонансную частоту получившегося оформления.

После этого, зная f_c, из предыдущей формулы можно будет вывести собственную резонансную частоту динамической головки без оформления f_s.

Если же неизвестен эквивалентный объём, зная f_c в объёме V и собственную частоту f_s, определить эквивалентный объём можно по формуле:

Для приблизительного расчёта закрытого ящика этих параметров зачастую бывает достаточно. Однако, если вам необходимо более точно рассчитать корпус, необходимо будет также учесть и полную добрость АС, так как она влияет на резонансную частоту АС. Для дальнейших расчётов уже необходимо знать собственную добротность динамической головки.

Известно, что минимальная неравномерность частотной характеристики закрытых АС имеет место при полной добротности АС Q_tc = 1 и составляет 1,3 дБ.

При проектировании сабвуфера нужно помнить, что собственная полная добротность НЧ-головки предназначенной для закрытых АС (с учётом сопротивления индуктивности кроссовера, соединительного кабеля и выходного сопротивления УМЗЧ), не должна превышать 0.8-1.1. В противном случае АС будет раздемпфированной и объём воздуха практически не будет оказывать влияния на динамик. Это означает, что при подаче сигнала, в колебания головки, помимо колебаний с частотой сигнала, будут подмешиваться и колебания и с частотой собственных колебаний, близкой к резонансной частоте. Для слушателей это будет проявляться в том, что к звучанию программы будет примешиваться звучание этой частоты как своего рода «гудение», «нечистота» низких тонов.

Аналогичная ситуация складывается, если объем ящика превышает эквивалентный объем динамика втрое или больше. Если такое соотношение выполняется, резонансная частота и полная добротность системы останутся практически такими же, какими они были у динамика без оформления. На практике такая конфигурация практически не используется.

Как уже было показано выше, с уменьшением объема добротность системы и ее резонансная частота растут одинаково. Связь резонансной частоты закрытой АС, добротности и экивалентного объема легко проиллюстрировать следующей таблицей:

Рост резонансной частоты и добротности АС	Уменьшение объёма относительно эквивалентного объёма динамика
1.41x	1
1,73x	1/2
2x	1/3
3x	1/8

Как видно, слишком малый ящик вызовет значительное повышение резонансной частоты и смещение звучания в более высокую часть спектра, чего следует избегать.

При проектировании корпуса для СЧ-динамиков следует иметь ввиду, что мидвуфер (в силу законов физики), имеет сужение диаграммы направленности выше частоты, которая определяется размерами его излучающей поверхности. В идеальном случае можно считать, что эта частота составляет c/d, где c – скорость звука в воздушной среде (345 м/с), d – эффективный диаметр диффузора (в метрах). Разумеется, данное обстоятельство актуально для любых АС, использующих динамические головки в качестве излучателей, а не только для ЗЯ. Кстати, для сабвуфера ширина диаграммы направленности практически теряет смысл по той причине, что человек не способен точно определить положение источника звука низкой частоты в силу физиологии.

Итак, при проектировании необходимо стремиться обеспечить полную добротность акустической системы Q_tc

Для рассчёта Q_tc, можно воспользоваться соотношением резонансной частоты итоговой АС (полученной на предыдущем шаге) и резонансной частоты динамической головки (f_c/f_s):

Здесь:
Q_tc — полная добротность АС,
Q_ts — полная добротность динамической головки,
f_c — резонансная частота готовой АС,
f_s — собственная резонансная частота динамической головки.

Также, можно использовать и другие соотношения, например:

Если неизвестен эквивалентный объём головки, можно воспользовать ещё одной формулой, однако это потребует измерения упрогости подвеса динамика:

Здесь:
S и S_B — упругость * подвижной системы головки и воздуха в ящике, соответственно.
* упругость — величина обратная гибкости (в академических материалах чаще можно встретить формулы для расчёта последней).

Значение дополнительной упругости объема воздуха S_b рассчитывается по следующей формуле:

Здесь:
ϒ — показатель адиабаты (табличное значение, для сухого воздуха

1.4),
ρ — удельное акустическое сопротивление среды (для воздуха при 20°C

415 кг/с·м 3 ),
S_эфф — эффективная площадь диффузора головки,
V — внутренний объем корпуса оформления.

Значение упрогости подвижной системы головки можно определить, нагружая её диффузор дополнительным весом и измеряя изменения её резонансной частоты без акустического оформления, по формуле:

Здесь:
М – масса прикреплённого вблизи звуковой катушки груза [кг],
f’_s — резонансная частота головки с дополнительным грузом [Гц].
Для измерений удобно использовать советские копейки 1-5 коп., выпускавшиеся после 61-ого, так как их вес был равен номиналу.

Таким образом, используя одну из приведённых выше формул (в зависимости от имеющихся данных), можно рассчитать итоговую добрость АС.

В конечном итоге, если известны все три TS-параметра динамика, для расчёта закрытого корпуса, фактически необходимо решить следующую систему уравнений:

Однако, есть ещё несколько существенных нюансов.

Как уже было отмечено, при размещении динамической головки в закрытом ящике малого объёма, ухудшается равномерность частотной характеристики в области средних и высоких частот из-за резонансных явлений в оформлении. Для устранения этого эффекта внутренние поверхности (особенно заднюю стенку) покрывают звукопоглощающим материалом и заполняют им часть объема, а сами стенки выполняют как можно более жёсткими и массивными. Кроме того, заполнением внутреннего объема рыхлым звукопоглощающим материалом преследуют и другую цель — изменить термодинамический процесс сжатия-расширения воздуха в оформлении.

Без заполнения процесс сжатия-расширения воздуха внутри оформления адиабатический. Заполняя оформление рыхлым звукопоглощающим материалом можно сделать так, чтобы адиабатический процесс сместился ближе к изотермическому. В этом случае внутренний объем оформления как бы увеличивается в 1.4 раза, так как коэффициент ϒ в последней формуле, заменяется на единицу (для изотермы). Соответственно снижается и резонансная частота закрытой АС.

Практически можно определить, что изотермический процесс сжатия-расширения воздуха внутри оформления достигнут, если при добавлении внутрь оформления новой порции рыхлого звукопоглощающего материала резонансная частота закрытой АС уже не понижается.

Эмпирическим путём установлено, что заполнять внутренний объем оформления более, чем на 50%, нецелесообразно.

Расчет ящика с учетом параметров динамика

1. Fs — Резонансная частота частота основного резонанса динамика без всякого корпуса. Характеризует только сам динамик, а не готовую акустическую систему на его базе. При установке в любой объём может только возрастать.

2. Qts — полная добротность динамика, безразмерная величина, характеризующая относительные потери в динамике. Чем она ниже, тем больше подавлен резонанс излучения и тем выше пик сопротивления на импедансной кривой. При установке в закрытый ящик возрастает.

3. Vas — эквивалентный объём динамика. Равен объёму воздуха с такой же жёсткостью, что и у подвеса. Чем жёстче подвес, тем меньше Vas. При одной и той же жёсткости Vas растёт с ростом площади диффузора.

4. Qms — Механическая добротность

5. Qes Электрическая добротность

Fc Резонансная частота акустической ситемы

Qt — полная добротность акустической ситемы — оптимально 0,71

Fc =√ 1+Vas/Vbox = Fs * Qt / Qts

Как расчитать короб для сабвуфера

При изготовлении самодельного корпусного сабвуфера для автомобиля всегда встает вопрос: как рассчитать корпус для сабвуфера?Для начала если неизвестен объем необходимо рассчитать объем короба для сабвуфера и затем, уже зная его сделать расчет короба для сабвуфера.

Заказать изготовление корпуса!

Расчет размера корпуса

Когда известен объем корпуса, то форма этого корпуса на звучание не влияет.
Существуют различные программы для расчета короба для сабвуфера (программа для расчета корпуса сабвуфера– «JBL SpeakerShop» или «Winisd beta». ), но можно просто расчет произвести, самостоятельно зная, что объем равен V=h x L x A (где h это высота, L -длина, А — ширина).

Для примера, как рассчитать короб для сабвуфера, если для 12 дюймового сабвуфера (305 мм), рекомендуемый объем 45 л. Измеренная допустимая высота для корпуса в автомобиле, 340 мм (h=340 мм), длина 680 мм (L=680 мм), рассчитаем ширину. А=V/Lxh

Допустимая высота (h) для места в автомобиле h=340 мм=34 см=0,34 м, а допустимая длина L=680 мм=68 см=0,68м. 1 литр = 1•10−3 м³ 1 л = 0.001 м³ тогда V= 45 л = 0,045 м³.

Не забудьте, что есть внутренний и внешний объем, поэтому учитывать необходимо толщину материала, из которого делают сабвуферный короб.
Если короб делают из МДФ с толщиной в 2 мм (0,02м), тогда уменьшаем измеренные величины высоты и длины на толщину МДФ с обеих сторон и рассчитываем внутренний объем.h = 0,34м -0,02 х 2= 0,3м; L = 0,68м – 0,04м = 0,64м.

Кроме этого необходимо учесть при расчете и объем используемых при изготовлении корпуса внутренних распорок. Предположим в качестве распорок используем брус с толщиной 3 см на 3см, тогда получится 4 бруска с длиной 0,64м (длина L =0,64м) и 4 бруска с длиной 0,24м (длина получившееся из высоты «h» уменьшенной на 3 см с обеих сторон 0,3 – 0,03 х 2 = 0,24). Пока учитывать внутренние распорки по бокам не будем. Объем, который будет у распорок в этом случае — V=(0,03 x 0,03 x 0,64) x 4 +(0,03 x 0,03 x0,24) x4=0,003168 м³. Тогда увеличиваем объем короба на объем распорок. V= 0,048168 м³ А = V/L x h = 0, 048168м³ /0,3м x 0,64 = 0,2509м.
Если объём увеличить и на объем распорок боковых тогда, А=0,255 м.
Хотим сделать сабвуферный корпус с чуть наклоненной передней стенкой, в этом случае длины боковых стенок изменятся: если, А=0,255 м, тогда А= а + b / 2= 0,33 + 0,18 /2=0,255 , то есть уменьшите величину длины «b» на величину на которую увеличите величину «а».

Если необходимо рассчитать объем короба для сабвуфера сложной формы! То вы можете обратится в нашу Автостудию, для расчета и изготовления корпуса.

к примеру, корпус сабвуфера устанавливается в нишу крыла, и будет иметь сложную геометрическую форму, повторяя геометрию ниши, при этом задняя часть корпуса сабвуфера имеет разные формы.В этом случае придётся рассчитывать корпус сабвуфера по частям, считая отдельно объемы «1» и «2» частей.

Смотрите как расчитать корпус для динамика

Делаем короб для сабвуфера своими руками: пошаговая инструкция

12-ти дюймовый динамик для сабвуфераПеред началом проектирования и сборки короба необходимо определиться с выбором динамика. Рекомендуем остановить свой выбор на 10-12 дюймовых импортных динамиках, так как они наиболее часто используются в автомобильных сабвуферах и лучше всего подходят. Как подобрать динамик для сабвуфера мы подробно рассказывали в предыдущей статье. Конструкция короба также имеет важное значение: от нее зависит качество и громкость звучания низких частот.

Какими бывают короба для сабвуфера?

Существует несколько типов ящиков для сабвуфера. От конструкции короба напрямую зависит качество звука, которое Вы получите на выходе. Ниже представлены наиболее популярные типы сабвуферов:

• Закрытый ящик – наиболее простой в изготовлении и проектировке, его название говорит само за себя. Низкочастотный динамик помещается в герметичный деревянный корпус, который улучшает его акустические характеристики. Изготовить сабвуфер в авто с таким корпусом довольно просто, однако он имеет самый низкий КПД.
• Бандпас 4-го порядка – это тип сабвуфера, корпус которого разделен на камеры. Объемы этих камер разные, в одной из них размещен динамик, а во второй – фазоинвертор (воздуховод). Одной из особенностей этого типа сабвуфера является способность конструкции ограничивать частоты, которые воспроизводит диффузор.
• Бандпас 6-го порядка отличается от 4-го порядка наличием еще одного фазоинвертора и еще одной камеры. Есть два типа бандпасов 6-го порядка – первый имеет один фазоинвертор, а второй два (один из них общих для обеих камер). Этот тип короба является наиболее сложным в проектировании, но выдает максимальный КПД.
• Фазоинвертор – сабвуфер со специальной трубкой в корпусе. Она выводит воздух и обеспечивает дополнительное звучание от задней части динамика. По сложности в изготовлении и качеству звучания этот тип нечто среднее между закрытым ящиком и бандпасом.

Узнать стоимость корпуса!

Желая получить наиболее качественное звучание, можно остановить свой выбор на бандпасах. Но конструкция этого типа имеет множество деталей, которые надо тщательно спроектировать и просчитать. Все это можно сделать с помощью специальной программы WinlSD, которая не только определит оптимальный размер и объем сабвуфера, но и создаст его 3D модель, а также просчитает размеры всех деталей.

К сожалению, эта программа требует хотя бы минимальный знаний в этой сфере и рядовому автолюбителю навряд ли удастся сделать все верно с первого раза. Тем более, для того, чтобы программа правильно работала, ей необходимы некоторые параметры динамика, которые также известны не всем. Если Вы не планируете принимать участие в соревнованиях по авто-звуку советуем отбросить бандпасы.

Фазоинвертор будет наиболее оптимальным решением для самодельного сабвуфера. Этот тип короба хорош тем, что трубка (фазоинвертор) позволяет лучше воспроизводить самые низкие частоты. Фактически это дополнительный источник звука, который содействует звучанию сабвуфера и повышает КПД.

Какие материалы нам потребуются для сборки сабвуфера?

Многослойная фанера для корпуса сабвуфераМатериал для изготовления короба сабвуфера должен быть прочным, плотным и хорошо изолировать звук. Для этого отлично подойдет многослойная фанера или ДСП. Основные преимущества этих материалов – доступная цена и простота в обработке. Они достаточно прочны и обеспечивают хорошую шумоизоляцию. Мы будем делать сабвуфер из многослойной фанеры толщиной 30 мм.

Чтобы сделать короб для сабвуфера нам понадобится:

Саморезы по дереву (примерно 50-55 мм, 100 штук)
Шумоизоляционный материал (шумка)
Дрель и шуруповерт (или отвертка)
Електролобзик
Жидкие гвозди
Герметик
Клей ПВА
Карпет, примерно 3 метра
Клемник

Чертежи короба для сабвуфера

В данной статье мы будем делать короб под сабвуфер с 12-ти дюймовым динамиком. Рекомендуемый объем ящика для одного 10-12 дюймового динамика – 40-50 литров. Рассчитать короб под сабвуфер не сложно, вот примерная схема с размерами панелей.
Схема и чертеж короба
Стоит обратить внимание на минимальное расстояние от стенок корпуса до динамика. Оно, как и объем всего ящика, рассчитывается по внутренней поверхности.

Собираем короб для сабвуфера своими руками

Можно приступать к сборке. Мы используем 12-ти дюймовый динамик Lanzar VW-124.
12-ти дюймовый динамик для сабвуфера
Его диаметр 30 см, и первое что нужно сделать это вырезать отверстие под динамик. Минимальное расстояние от центра диффузора до стенки сабвуфера – 20 см. Мы отмеряли по 23 см (20 см + 3 см ширина фанеры) от края панели и прорезали отверстие електролобзиком. Далее вырезаем отверстие под фазоинверторную щель, в нашем примере она имеет размер 35*5 см.

Вырезаем щель фазоинвертора и отверстие для динамика

Вместо щели можно использовать классический воздуховод – трубку. Теперь собираем фазоинверторную щель и крепим ее к передней панели сабвуфера. Проходим по стыкам жидкими гвоздями и закручиваем саморезами.
Собираем панели фазоинверторной щели
Важно очень плотно закручивать саморезы, чтобы не оставить пустотелостей. Они будут создавать резонансные колебания, которые испортят звучание сабвуфера.

Далее собираем боковые стенки короба, предварительно смазав их жидкими гвоздями, и плотно закручиваем саморезами.
Боковые стенки короба
На задней крышке короба нужно вырезать небольшое отверстие под клемник. Соединяем все части корпуса. Убеждаемся в том, что мы правильно вырезали и скрепили все части.
Короб в сборке
Вставляем динамик. Смотрим, любуемся.

Внутренняя отделка

Переходим к внутренней отделке короба. Первое, что необходимо сделать это проклеить все стыки и щели эпоксидным клеем или герметиком. Далее с помощью клея ПВА приклеиваем на всю внутреннюю поверхность короба шумоизоляционный материал.
Обклеиваем корпус шумкой
Обклеиваем корпус шумкой
Теперь обтягиваем всю внешнюю плоскость короба карпетом, включая щель фазоинвертора. Крепить его можно на эпоксидный клей или с помощью мебельного степлера.
Короб обтянут карпетом
Далее вставляем и плотно прикручиваем динамик. Сабвуфер почти готов, осталось только протянуть провода от динамика к клемнику и подключить усилитель.
Установленный сабвуфер с усилителем
Усилитель мы докупали, но его также можно сделать своими руками. Это довольно сложно, так как требует знаний и практики в области радиотехники. Также можно использовать готовые наборы и схемы для радиолюбителей, вроде Мастер-КИТ, и самостоятельно проводить сборку усилителя. Единственное требование к усилителю – его максимальная мощность должны быть меньше, чем максимальная мощность динамика.

Делаем сабвуфер стелс своими руками

Сабвуфер стелс своими рукамиНадоело возить в багажнике огромный ящик? Тогда стелс сабвуфер просто создан для вас. Этот уникальный тип корпуса более практичный, чем классический ящик. Он не стоит квадратной коробкой посреди багажника и занимает меньше места. Зачастую стелс устанавливают во внутренней части крыла, иногда в нише вместо запасного колеса. Минимальный объем ящика, который требует 10-12 дюймовый динамик для нормальной работы – 18 литров.

Для изготовления пассивного стелс сабвуфера нам потребуются:

низкочастотный динамик;
защитная решетка и розетка для подключения к усилителю;
провод для подключения динамика к розетке;
многослойная фанера или ДСП (толщина 20 мм);
небольшой кусок ДВП;
эпоксидный клей;
кисточка;
стеклоткань;
монтажный скотч;
полиэтиленовая пленка;
саморезы по дереву;
дрель, лобзик.

Выбор места для установки корпуса

После выбора места, где будет установлен стелс, освобождаем багажник и приступаем к изготовлению корпуса. Можно снять обшивку багажника в том месте, где будет установлен сабвуфер, чтобы поместить его еще ближе к крылу. Первым делом стелем на пол багажника полиэтиленовую пленку. Она выполняет сразу две функции: защищает обшивку багажника от эпоксидного клея и позволяет нам сделать крепление, к которому мы прикрутим днище сабвуфера. Далее обклеиваем внутреннюю сторону крыла монтажным скотчем в два слоя.
Обклеиваем багажник малярным скотчем
Нарезаем стеклоткань небольшими кусками, примерно 20х20 см. На малярный скотч накладываем куски стеклоткани и проклеиваем эпоксидным клеем. Накладывать стеклоткань лучше внахлёст, чтобы не было очевидных стыков и швов.
Эпоксидный клей + стекломат
Лепим слои стеклоткани друг на друга, попутно смазывая их эпоксидным клеем, пока толщина листа не достигнет 10 мм (примерно 4-5 слоев).
Толщина панели примерно 1 см
Материал будет застывать примерно 12 часов. Для ускорения процесса можно использовать лампу. Теперь вырезаем дно сабвуфера и приклеиваем к нашему корпусу. Стык обрабатываем герметиком или проклеиваем эпоксидной смолой.
Приклеиваем днище
В этом конкретном случае форму нужно подогнать под петли багажника, чтобы наш самодельный сабвуфер не мешал ему закрываться. После того, как мы отрезали все лишнее, вырезаем из ДСП боковые стенки и верхнюю крышку. Округлую часть изготавливаем из фанеры, мы это делали “на глаз”.

Делаем боковые, верхние и нижние стенки короба

Чтобы фанере было проще придать округлую форму, ее необходимо сначала намочить, придать ей нужную форму, закрепить и дать высохнуть.

Листы ДСП необходимо проклеить эпоксидным клеем или герметиком, а затем скрепить саморезами. Короб из стекловолокна также приклеиваем с помощью эпоксидной смолы, а когда она высохнет – скрепляем саморезами.
Приклеиваем и скрепляем детали
Для лучшей герметизации можно проклеить швы еще раз. Мы наложили еще один слой эпоксидного клея и прижали конструкцию песком, чтобы клей лучше взялся.
Мешки с песком для лучшего сцепления
Далее мы можем замерить переднюю панель и вырезать ее. С помощью лобзика вырезаем круг для динамика. Для того, чтобы надежно прикрепить переднюю панель к корпусу, нужно закрутить ее саморезами со всех сторон. То есть на всей внутренней части панели нужно установить бруски, на расстоянии чуть большем, чем толщина фанеры (в нашем случае мы прикрепили бруски на расстоянии примерно 25 мм от края панели). Благодаря этому мы сможем закрепить переднюю часть сверху, снизу, по бокам, и самое главное – надежно прикрепить ее к округлому элементу.
Подготавливаем переднюю панель
Вырезаем отверстие в торце для розетки.
Вырезаем отверстие для клемника
В конце было решено добавить еще два слоя стеклоткани и эпоксидного клея на изогнутую часть корпуса для стелс сабвуфера.

Проводим окончательную сборку: устанавливаем розетку и подключаем к ней динамик, но пока не прикручиваем его. Далее есть два варианта – покрасить сабвуфер, либо обтянуть карпетом. Покрасить немного сложнее, так как надо сначала выровнять поверхность. Для этого мы использовали универсальную шпаклевку.