• Obudowa pasmowoprzepustowa IV rzędu (bandpass 4th)

    Obudowa pasmowoprzepustowa IV (bandpass 4th, BP 4th) rzędu jest obudową łączącą w sobie niektóre cechy obudowy zamkniętej oraz obudowy bass-reflex.


    W zasadzie obudowa ta jest niczym innym jak właśnie zamkniętą obudową z "dopiętym" do przedniej strony głośnika pasmowoprzepustowym filtrem akustycznym w postaci rezonatora Helmholtz\'a (który to został szeroko opisany przy okazji wyjaśniania zasady działania obudów bass-reflex). Jej działanie jest wypadkową działania obudowy zamkniętej oraz obudowy b-r. Sądzę, że nie na miejscu jest tu opisywanie zasady działania obudowy BP 4th (bandpass IV rzędu) - po lekturze artykułów o obudowie zamkniętej i bass-reflex powinna być ona oczywista. Większość cech obudowy zawierają się pomiędzy cechami obudowy zamkniętej, a obudowy b-r z pewnymi wyjątkami. Sprawność omawianej obudowy jest niska (maksymalne ciśnienie akustyczne jakie można osiągnąć jest niższe niż w przypadku obudów closed czy b-r). Pozostałe wady zostaną uwydatnione podczas rozważań teoretycznych o możliwościach obudowy BP 4th.

    Ze względu na właściwości filtrujące obudowy stosowana jest ona w zasadzie tylko jako obudowa do subwoofer'a.

    Popatrzmy na teoretyczną charakterystykę częstotliwościową opisywanej obudowy na przykładzie głośnika Scan Speak 18W/8544:


    Granatowa linia obrazuje nam ogólną charakterystykę układu głośnik - obudowa przy dostarczonej do głośnika maksymalnej mocy równej nominalnej mocy głośnika.

    Niebieska linia jest charakterystyką samego rezonatora

    zielona linia to pasożytnicza emisja dźwięku poprzez nieszczelności zamkniętej części obudowy

    brązowa linia - pasożytnicza emisja dźwięku poprzez nieszczelności rezonatora

    Jak widzimy praktycznie w całym paśmie (z wyjątkiem częstotliwości bliskich 1kHz) charakterystyka zestawu pokrywa się z charakterystyką rezonatora. Spadek obu zboczy charakterystyki przetwarzania wynosi tyle samo i jest to ok. 12dB/oct - czyli porównywalny z obudową zamkniętą.

    Można zapytać: skoro obudowa jest filtrem pasmowoprzepustowym to teoretycznie można zrezygnować w subwooferze w takiej obudowie z aktywnego filtru DP (dolnoprzepustowego) ? Teoretycznie tak, ale niestety tylko teoretycznie. Tak jak już wspomniałem przy okazji obudów b-r każdy układ rezonansowy ma wyższe harmoniczne rezonansu. Tam gdzie kończy się wyidealizowana teoria, a pojawia się rzeczywistość wszystko się znacznie komplikuje:


    Oto co się dzieje z charakterystyką po uwzględnieniu wspomnianego powyżej faktu. Jak widać bez problemu możemy usłyszeć z takiej obudowy częstotliwości rzędu 800 Hz i więcej, a to weryfikuje teoretyczny pogląd o możliwości rezygnacji ze stosowania filtru DP. Ponieważ praktycznie cała emisja dźwięku w obudowie BP 4th odbywa się poprzez tunel b-r (pomijając pasożytniczą emisję dźwięku spowodowaną drganiami ścianek obudowy i jej nieszczelnościami) to wyższe harmoniczne rezonansu Helmholtz\'a są znacznie bardziej uciążliwe niż w przypadku obudowy b-r, co zmusza nas do podjęcia wszelkich starań by zniwelować to niekorzystne zjawisko.

    Zerknijmy jeszcze (dla potwierdzenia tezy postawionej na początku artykułu) na wykres wychyleń membrany w funkcji częstotliwości przy dostarczonej do głośnika mocy równej jego mocy nominalnej:


    Doskonale widać na niniejszym wykresie przewagę obudowy BP 4th nad obudową b-r w postaci większej wytrzymałości mocowej z punktu widzenia mechanicznego. Dość sztywna poduszka powietrzna "utrzymuje w ryzach" membranę głośnika powodując znacznie mniejsze wychylenia w zakresie niskich częstotliwości niż ma to miejsce w przypadku obudowy b-r, jednak jeszcze lepiej pod tym względem prezentuje się obudowa closed. Podobnie rzecz się ma w przypadku odpowiedzi impulsowej która jest krótsza niż w b-r, a gorsza niż w obudowie zamkniętej.

    Na koniec teoretycznych rozważań warto wspomnieć o jeszcze jednej wadzie tego typu obudów: są one trudne do obliczenia jak i prawidłowego zestrojenia (rzeczywistego). Praktycznie bez systemu pomiarowego nie ma sensu zabierać się za ich budowę.

    Oto jak oblicza się obudowę pasmowoprzepustową IV rzędu:

    Pierwszą rzeczą jaką potrzebujemy do obliczenia obudowy BP 4th jest odpowiednia wiedza o przetworniku, który zamierzamy zaaplikować w obudowie. Niezbędne będą nam następujące parametry głośnika:

    Vas - objętość ekwiwalentna głośnika niezabudowanego

    Fs - częstotliwość rezonansowa głośnika niezabudowanego

    Qts - dobroć całkowita głośnika niezabudowanego

    Znajomość tych trzech parametrów pozwoli nam wyznaczyć objętości, częstotliwość strojenia rezonatora Helmholtz\'a, częstotliwości graniczne (-3dB) oraz efektywność.

    Pierwsze zadanie jakie stoi przed Wami to wybór wartości parametru "S", który odpowiadał będzie Waszym potrzebom. Parametr S definiuje zafalowanie charakterystyki w paśmie przepustowym oraz wartość parametru "b" zgodnie z poniższym wyjaśnieniem:

    jeśli S=0,707 wtedy parametr b=0,7206 - brak zafalowania charakterystyki w paśmie przepustowym

    jeśli S=0,6 wtedy parametr b=0,9560 - zafalowanie charakterystyki w paśmie przepustowym: 0,35dB

    jeśli S=0,5 wtedy parametr b=1,2712 - zafalowanie charakterystyki w paśmie przepustowym: 1,25dB

    Ponadto w systemach gdzie S<0,7 zmniejszy się sprawność (efektywność) systemu, ale poszerzy pasmo przepustowe, zmniejszą się wymagane objętości obudowy i zwiększy się częstotliwość strojenia rezonatora.

    Dalsze postępowanie jest zależne od wyboru metody obliczeniowej:

    Metoda 1 - projektowanie obudowy BP 4th dla żądanej dolnej częstotliwości granicznej.

    Na początek wybieramy dolną częstotliwość graniczną Fl (przy spadku 3dB) jaką chcemy uzyskać i korzystamy z poniższych wzorów:


    gdzie:

    Fh - górna częstotliwość graniczna dla spadku 3dB [Hz]

    Qbp - dobroć całkowita układu głośnik-zamknięta przestrzeń obudowy BP 4th [-]

    Fb - częstotliwość rezonansu Helmholtz\'a [Hz]

    Vf - objętość rezonatora [litr]

    Vr - objętość komory zamkniętej [litr]

    Pa - wzmocnienie (efektywność) [dB]

    Dodatkowego komentarza wymaga wielkość Pa : jest to wielkość opisująca wzmocnienie (tłumienie jeśli ze znakiem "-") w środku pasma przepustowego względem ciśnienia referencyjnego głośnika.

    Metoda 2 - projektowanie obudowy BP 4th dla żądanego wzmocnienia (efektywności)

    W tej metodzie wybieramy żądaną efektywność w środku pasma przepustowego ( Pa [dB]), a następnie obliczamy:


    gdzie:

    Fl - dolna częstotliwość graniczna (-3dB) [Hz]

    Fh - górna częstotliwość graniczna (-3dB) [Hz]

    Qbp - dobroć całkowita układu głośnik-zamknięta przestrzeń obudowy BP 4th [-]

    Fb - częstotliwość rezonansu Helmholtz\'a [Hz]

    Vf - objętość rezonatora [litr]

    Vr - objętość komory zamkniętej [litr]

    W obu metodach obliczeniowych należy wziąć pod uwagę, że częstotliwości graniczne definiowane są nie względem ciśnienia referencyjnego, a ciśnienia w środku pasma przepustowego (a więc względem Pa ).

    Gdy już mamy obliczoną samą obudowę należy przystąpić do obliczeń rezonatora, a konkretnie średnicy i długości tunelu b-r. Rzecz jasna korzystamy ze wzorów podanych w artykule o obudowach bass-reflex. Jednak ze względu na fakt emisji praktycznie całości dźwięku poprzez tunel musimy dobrać jego większą średnicę niż to wynika ze wzoru na minimalną średnicę tunelu (proponuję stosować współczynnik korekcji 1,2). W ten sposób zapobiegniemy potencjalnym szmerom wydostającym się z tunelu. Oczywiście należy po obliczeniu tunelu sprawdzić możliwość występowania rezonansu rurowego.

    Ze względu na stopień skomplikowania obliczeń zdecydowanie odradzam obliczanie obudowy BP 4th z pomocą jedynie kalkulatora i kartki. Na pewno lepiej poradzi sobie z tym program symulacyjny.

    Tradycyjnie już podsumowaniem artykułu o obudowie będzie określenie wymagań dotyczących przetworników możliwych do zastosowania w omawianej obudowie BP 4th. Rzecz jasna są one dokładnie takie jak dla obudowy closed.

    Wskazówki praktyczne:

    1. Dbajmy o szczelność obudowy: ze względu na małe objętości komór występują w nich ogromne ciśnienia.
    2. Także sztywność obudowy ma tu ogromne znaczenie, aczkolwiek łatwiej przyjdzie nam zachować odpowiednią sztywność ze względu na małe powierzchnie ścianek, oraz konstrukcyjnie wymuszoną przegrodę w której montujemy przetwornik (będącą jednocześnie usztywnieniem obudowy)
    3. Komorę zamkniętą wytłumia się analogicznie do obudowy zamkniętej. Rezonator tłumimy słabo lub wcale
    4. Zawsze dobierajmy dłuższy tunel niż wynika to z obliczeń. Po zmontowaniu obudowy dokonamy korekcji długości tunelu poprzez jego skrócenie do uzyskania prawidłowego zestrojenia.
    5. Po dokonaniu obliczeń uwidacznia się ostatnia wada obudów BP 4th. Otóż ze względu na małe objętości rezonatora tunel bass-reflex musi być długi co niejednokrotnie spowoduje brak możliwości zamontowania w obudowie. Wtedy musimy sobie radzić zmieniając objętość rezonatora i obliczając od nowa średnicę i długość tunelu w taki sposób by zachować wymaganą częstotliwość rezonansu Helmholtz\'a.
    6. Przestrzegajmy zasady obowiązującej w obudowach bass-reflex: wlot tunelu b-r znajdujący się wewnątrz obudowy powinien znajdować się w odległości co najmniej jednej swojej średnicy od najbliższej "przeszkody"
    7. Stosujcie tunele bass-relfex profilowane z obu stron - zapobiegnie to powstawaniu turbulencji w tunelu, a co za tym idzie zminimalizuje szumy tunelu


    Q (2005)