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:
- Dbajmy o szczelność obudowy: ze względu na małe objętości komór występują w nich ogromne ciśnienia.
- 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)
- Komorę zamkniętą wytłumia się analogicznie do obudowy zamkniętej. Rezonator tłumimy słabo lub wcale
- Zawsze dobierajmy dłuższy tunel niż wynika to z obliczeń. Po zmontowaniu obudowy dokonamy korekcji długości tunelu poprzez jego skrócenie do uzyskania prawidłowego zestrojenia.
- 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.
- 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"
- Stosujcie tunele bass-relfex profilowane z obu stron - zapobiegnie to powstawaniu turbulencji w tunelu, a co za tym idzie zminimalizuje szumy tunelu
Q (2005)