Порт ФИ, может ли он не шуметь? (ламинарность/турбулентность и откуда берутся эквивалентные схемы АС)

[ViktKors]

Я тут сравнительно недавно задался вопросом, может ли не шуметь порт ФИ.
Мне видится, что выполнение условий ламинарности потока должно обеспечить бесшумность порта.
Оценка показала, что порт должен состоять из множества тонких трубок или весьма узкой щели.
Но такой порт вызывает закономерные сомнения в его эффективности. Поэтому я постарался оценить эффекты понижения добротности порта ФИ.
К сожелению, чтобы подать информацию в максимально доходчивой форме, пришлось включить в объяснение и модель динамика в ФИ.
Пока вся информация во вложении.

По мере возможностей буду пояснять некоторые неочевидные моменты и озвучивать очевидные (и не очень) выводы

Исходный пост (взято из ветки Yauhen-а "Расчет песочных часов II"):

Вкратце вводная.

Ламинарное течение (нужное нам) - течение спокойное, в котором отсутствуют завихрения (оставим точные физические формулировки, они мне известны).
Турбулентное течение - течение в котором завихрения значительны и присутствуют всегда.

Кроме этого, есть еще так называемая переходная зона, в которой завихрения уже есть, но они могут спонтанно возникать и исчезать. В этих условиях важны свойства канала и всевозможные неоднородности, которые и стимулируют развитие турбулентости. Создается впечатление, что вся теория фазоинверторных шумов исходит из того, что этот режим и есть максимально достижимый.

Все эти типы течений характеризуются так назывемым числом Рейнольдса. Это число, по своей сути показывает отношение энергии потока (которая собственно и тратится на развитие турбулентности) к энергии потерь (определяется вязкостью среды). Турбулентность не возникает тогда, когда потери на трение в среде оказываются настолько большими, что турбулентность просто не успевает развится из своих очагов.

Теперь немного качественных критериев. Случай турбулентности вероятен (необходимы критерий) для числ рейнольдса более 2300 (течение в трубе). Как я понял из доступных источников, при числах более 10000 течение становиться турбулентным всегда. То есть для случаем 2300 < Re < 10000 как раз и имеет смысл полировать канал и делать порты спец формы.

Самое замечательное, при числах менее 2300 турбулентность не наступает никогда!!
Причем число рейнольдса 2300 означает, что кинетические силы в потоке более чем на три порядка больше вязкостных, и вязкость не должна оказывать существенного воздействия на остальные параметры течения.

Число Рейнольдса равно:
Re = v*d/ню (скорость в канале * характерный размер (диаметр)) / кинематическая вязкость воздуха, в нормальных условиях -ню = 1.7е-5 Pa s.

Таким образом, нам важно удержать v*d в пределах
v*d < 0.04 m^2/s

Как нетрудно заметить, для типичных скоростей порядка 10 м/сек диаметр получается
d < 0.004 m;

то есть диаметр трубки фазоинтертора должен быть менее 4 миллиметров.

Понятно, что при трубке в 4 миллиметра, скорость в ней будет никак не 10 м/сек; для обычных объемных смещений это будет скорее где-то ~2000 м/сек, что вообще не имеет физического смысла (гипотетическое число рейнольдса - 3е10). С увеличением диаметра скорость падает, но сколько-нибудь реальными значения становяться только при диаметре порта, сравнимом с диаметром динамика.
Как пример, порт 0.2 м, скорость порядка 0.6 м/сек, Re ~ 7000. С практической точки зрения, рассуждать о длине такого порта и в самом деле странно - она как правило запредельно большая.

У меня такое ощущение, что на этом месте всегда принималось решение о невозможности бестурбулентного порта. Действительно, если начать прикидывать зависимости от d скорости (обратно пропорционально квадрату) и числа рейнольдса (пропорционально), нетрудно прийти к выводу, что для заданного объемного смещения диаметр порта практически всегда будет неприемлемо большим.

Но ведь это совсем не обязательно должно быть именно так!!!
Понизить скорость (и сделать порт приемлемого диаметра) можно просто увеличив количество трубок!! Ну ведь так-же?

То есть, решение в лоб: сделать порт не одной трубой большого диаметра, а из нескольких малого. Их количество должно быть достаточным, чтоб скорость в них упала до приемлемого значения. Например для трубок 4 мм - до 10 м/сек.

Но ведь даже эдакое извращение тоже не совсем обязательно. Представим себе, что мы сдвигаем много таких трубок вплотную друг к другую.
На что это похоже? Мне это напоминает ... щелевой порт!!

Теперь короткая выжимка из вложения:
Замечание об эффективности фазоинверторного канала.
Сопротивлением воздуху в канале может быть соотнесено с добротностью трубы фазоинвертора (Qbp). Чем меньше диаметр трубы (d) – тем больше потери на трение и ниже добротность. Как и для случая потерь в подвесе динамика, сила трения в канале определяет его добротность на частоте fb.

Если стоит задача реализовать заданную добротность, то, чтобы обеспечить приемлемые скорости воздуха в канале, набирается несколько трубок нужного диаметра общим сеченим Sb. Альтернативный и более практичный вариант – щелевой порт (или несколько), с высотой t сравнимой с d, и шириной необходимой для обеспечения Sb.
Выражения для диаметра трубы/высоты щели при заданной добротности:



где d диаметр трубки, t высота шели, Qbp добротость порта, ню - динамическая вязкость, ро - плотность воздуха.
Видно, что добротность канала выбраной системы зависит только от диаметра канала и резонансной частоты.
Произведем оценку. Вероятно, добротность Qbp ~ 20 можно считать достаточно хорошей, особенно в сравнении с параметрами динамика и ящика. При частоте настройки фазоинвертора ~30 Hz такая добротность обеспечивается уже при диаметре трубок d ~ 7 mm или высоте щели t ~ 6 mm. Это означает, что практически любая привычная конструкция порта при ламинарном потоке приемлема с точки зрения потерь.

Важно также отметить, что
I. При переходе из ламинарного в турбулентный режим данные зависимости нарушаются. Способы обеспечения ламинарности – как-то выбор оптимальных режимов работы (сечение порта, скорость в нем, характерный размер канала) соответствующих докритическим числам Рейнольдса (Re < 2300) или построение портов особой формы, обладающих большей устойчивостью и сохраняющими ламинарность при больших Re – вопрос отдельный, оставим его пока за рамками обсуждения.

II. При переходе к турбулентному режиму, сопротивление порта резко возрастает, что вызывает падение его добротости. На практике это означает тот давно известный факт, что турбулентный фазоинвертор с характерным размером порядка сантиметра или менее просто бесполезен. Вывод: ламинарный порт не имеет права переходить в турбулентный режим, это чревато не только шумами (как в случае малоразмерного турбулентного порта), но и значитаельным падением его эффективности.
Можно произвести численные оценки для таких турбулентных портов. Известно, что для турбулентного движения при умеренно больших числах Рейнольдса (до 1e5), сопротивление канала характеризуется соотношением

лямбда = 0.3164/sqrt^4(Re)

В то время как в вышеприведенных расчетах для ламинарного потока
лямбда = 64/Re. Это позволяет нам оценить добротность порта (случай абсолютно гладких стенок):



Для обычного порта с диаметром d ~ 10 cm и типичной скоростью в порте v ~ 10 m/s, число Рейнольдса составляет Re ~ 6e4. Такой порт имеет добротность Q ~ 180 на частоте настройки ~ 30 Гц. Как нетрудно заметить, если попытаться сохранить такой характер течения в трубах диаметром d ~ 1 cm, добротность упадет до неприемлемой величны Q ~ 1.8, делающей такой фазоинвертор совершенно бесполезным. Понятно, что поскольку такая добротность возрастает с понижением скорости, в реальных условиях АС с турбулентным портом просто захлебывается если порт недостаточно большой.

Дополнение (результаты для обычного прямоугольного ФИ)
Исходные данные: дин 8**, порт 100см2 (4.5 х 22 см), настройка 31 Гц, мощность - до 60 Вт.
Уровни приведены относительно этой мощности.
Края закруглены только слегка, радиусом ~5 мм
Оцениваемая максимальная скорость - 6.4 м/с.
Соответствующее число Рейнольдса ~17000.

До уровней в -16 дБ (1 м/с), я не услышал (кроме собственно 31Гц) ничего. То есть совсем никакого шума, хотя и слышал мнение, что шумы есть всегда.
Потом идет что-то, что можно назвать "что-то кажется есть".
На -11 дБ (1.8 м/с) шум порта сравнялся с шумом компа и стал мешать.
На -4дБ (4 м/с) зашумело уже отчетливо, хотя и терпимо, орган с такой подзвучкой, например, еще можно слушать.

Теперь тоже самое в числах Рейнольдса:
Реальное первое появление шума 2700
Шум становится отчетливым 4800
Шум начинает мешать 10700.

Цифры, в разумных пределах, согласуются с вышеприведенными теоретическим представлениями.
Естественно, вероятность, что это просто случайное совпадение доволно высока.

Заключение
По мере дискуссии неоднократно отмечалось, что слабым местом любого порта являются его края. Хотя исходя из критерия Рейнольдса можно допустить, что на докритических режимах это место не является проблемным, для случая ламинарных надкритичных портов, стоит принимать основные меры предосторожности. Основная из них - амплитуда воздуха на выходе из порта должна быть меньше его характерного размера. В случае щели - это меньший ее размер. Для этого можно несколько расширить щель на краях порта. Вполне целесообразным может оказаться и применение обычных для турбулентных портов мер. О них можно почитать в статье, представленой (правда на английском) во вложении (спасибо D.D.N.).

[ViktKors]

может проблема в слишком сильно падающей добротности резонанса для особо узких форм щелей?

Проблема чего? Да особо узкие применять никто и не стремиться. Даже для щели в 4 мм - куда уж уже - добротность еще порядка 10-ти..
Причем, эта добротность не вызовет падения отдачи относительно Q ~ "очень много" (оценка 1.5 дБ), если объем выбрать чуть больше. Эта добротность просто параллелится с добротностью ящика..

Я просто надеялся, что кто-то может реально промерял свои порты, мои щелевые ФИ порасходились - не собрать..

[rogozhin]

Проблема чего?

Нераспространенности

Причем, эта добротность не вызовет падения отдачи относительно Q ~ "очень много" (оценка 1.5 дБ), если объем выбрать чуть больше. Эта добротность просто параллелится с добротностью ящика..

Ну да, для дома это более чем приемлемо.
Порты есть на работе, но на таких динамиках и с таким расчетом, что мерять их рука не поднимется. А что именно хотели померять?

[funny the rat]

Я так и не понял увеличение величины отношения длин сторон щелевого порта при равной площади влияет только на его добротность или на частоту настройки так-же?

в разумных пределах - соотношения сторон, минимального размера короткой стороны и шероховатости внутренней поверхности не должно (краевые/пограничные еффекты вносят не более 10% погрешностей)
Где-то мне встречалась рекомендация по размерам порта более 1:10 что скорее всего связано с расчетными погрешностями

А если трубу немного косо срезать ???

какой смысл в этом единственное что даст заметный эффект это криволинейная образующая.

Там вообще на данный момент ничего кроме формулы

аналитически это вoобще не решается
т.к. интересует поведение потока на сопряжениях и в непосредственной близости от среза тонеля, а тут вариант один мат модель и численные методы. Хотя можно сделав некоторые допущения обсчитать аналитически максимальные значения на сопряжениях, но тут возникает вопрос об оценке значимости привнесенных сопряжениями шумов

---------- Добавлено в 11:02 ---------- Предыдущее сообщение в 10:40 ----------

Ну и это позволяет несколько по-другому взглянуть на проблему краевых эффектов.

Как на нее не смотри, а практически ситуация такая: все хотят иметь порт с макс скоростью в 1м/с
Т.е. на вопрос поставленный в заголовке темы: Может ли ФИ не шуметь можно смело отвечать - да.
А лучше переформулировать его в утверждение
Порт обеспечивающий ламинарное обтекание, в том числе и в непосредственной близости от среза тонеля - не шумит. (Что для многих, и в том числе и для меня, давно является данностью

В реальности он получить ламинарный порт влязящий в оформление малореально, начинаются компромисы - которые сводятся к ограничению максимальной скорости потока (ламиниризации) на сопряжениях для чего и придумываются всевозможные flares(как это по русски называется подскажите) криволинейные образующие и прочая, и прочая...

Проблема со шелевыми портами в том, что в современных корпусах испольсуется такое количество брейсов что применение именно щелевой конструкции сильно усложняет изготовление

[ViktKors]

..единственное что даст заметный эффект это криволинейная образующая.

А что это? Просто как пример.. и как это будет работать, за счет чего? Просто пытаюсь понять Вашу точку зрения

аналитически это вoобще не решается

Это замечание не мне, а на тот сайт, где люди со степенями обсчитывают трубы и дают формулы.

тут вариант один мат модель и численные методы.

А меня не интересуют точные оценки, допущений на уровне +/-20% в вопросе оценки турбулентностей мне более чем достаточно.
Кроме того, я просмотрел с десяток статей по тематике движения в канале, Ситуация примерно как с "проводочками" интересуют куда более сложные проблемы, типа неньютоновских сред.
И еще, практически все задачи решались не моделированием, а простым решением соответствующего ситуации уравнения Навье-Стокса. Собственно это - решение даного уравнения в простейшем случае ламинарности и несильной турбулентности - и есть то о чем идет речь..
А с шумом - еще проще, он либо есть, либо его нет, такой точности мне вполне хватит, и, думаю, не только мне

---------- Добавлено в 17:10 ---------- Предыдущее сообщение в 17:06 ----------

Как на нее не смотри, а практически ситуация такая: все хотят иметь порт с макс скоростью в 1м/с
Т.е. на вопрос поставленный в заголовке темы: Может ли ФИ не шуметь можно смело отвечать - да.
А лучше переформулировать его в утверждение
Порт обеспечивающий ламинарное обтекание, в том числе и в непосредственной близости от среза тонеля - не шумит. (Что для многих, и в том числе и для меня, давно является данностью

В реальности он получить ламинарный порт влязящий в оформление малореально, начинаются компромисы - которые сводятся к ограничению максимальной скорости потока (ламиниризации) на сопряжениях для чего и придумываются всевозможные flares(как это по русски называется подскажите) криволинейные образующие и прочая, и прочая...

Ну вот Вы все точно говорите, но скажите, что заставлет Вас верить, в то, что 1 м/с - не шумит, а больше - шумит. Вы просто не верите в критерии подобия??
А как тогда по Вашему испытывают модели зданий и самолетов в аэродинамических трубах? И точность там получается вполне приемлемая - вполне в пределах 20%.

---------- Добавлено в 17:14 ---------- Предыдущее сообщение в 17:10 ----------

В реальности он получить ламинарный порт влязящий в оформление малореально.

Ну что тут малореального? Порт в 100 см2 обычно вполне достаточен для обычных АС (не сабов) с динами до 10**.
На стандартных объемных смещениях это даст до 8-10 м/с скорости.
А на 5-6 мм щели это даст 160 - 200 см длины. - 2 щели по 80 см - метру. Много, не спорю, но это почти случай максимум, и тем не менее вполне реален.

---------- Добавлено в 17:18 ---------- Предыдущее сообщение в 17:14 ----------

Проблема со шелевыми портами в том, что в современных корпусах испольсуется такое количество брейсов что применение именно щелевой конструкции сильно усложняет изготовление

Ну это-же уже конструктивный разговор!
"брейсы" - это распорки? так это не проблема - фаз вполне может быть снаружи
То есть корпус прочный, а сверху вторые стенки - стенки порта, и они могут быть хоть из 16 мм МДФ.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------
Я должен еще раз сказать, моему "здравому смыслу" это все противоречит! Я сам не верю в то, что говорю, но вот в чем я не прав - я не понимаю, я просто исключаю все невероятное и надеюсь, что остается истина.
Слабое место - естественно выход из портов, но почему там должно шуметь, и почему именно от 1 м/с - я не понимаю.
Вот на это я и надеялся на данном форуме, на то, что кто-то это целенаправлено проследил, или знает, как это описывается, или знает откуджа берется 1 м/с и что будет если воздух, скажем нагреть, или просто догадается о том, что-же там есть еще, чего я не знаю.
Поэтому ответа, что это так, и просчитать это сложно мне недостаточно. Я вложил уже достаточно времени, чтоб, если понадобиться, потратить еще выходной и провести анализ устойчивости, или потратить время и найти какого-нибудь студента и дать ему это как курсовую, но я хочу это понимать, такое вот желание..

[funny the rat]

акой точности мне вполне хватит,

он есть причем всегда вопрос в уровне заметности с учетом маскировки полезным сигналом

берется 1 м/с

фигура речи - в реально используемых портах практически гарантирует ламинарность и отсутствие заметного шума даже на острых гранях

но почему там должно шуметь,

по той простой причине что при обтекании препятствия поток резко переходит в турбулентный

я проводил такой эксперимент: 10" Xmax=±10мм голова, сигнал 10-12Гц, 65л яшик, порт 67мм, L=200мм менялся на аналогичный с фларе с одной/обоих сторон . эффект от выглаживания переходов оказался настолько заметен что желание это померить не возникло. Hа слух уровень шума без маскировки упал на 12-15дБ лучше сказать, что для получения аналогичного на слух, уровня шума, мощность пришлось поднять на 12-15дБ.
Mожно померить уровень шума на прямом порте при определенной мощности на голове. потом поменять порт на flared и довести мошность до регистрации аналогичного уровня шума, по разности мощностей можно оценить эффективность лечения

[ViktKors]

я проводил такой эксперимент:

да верно все, только эксперимент ведь заведомо турбулентный, даже на 1 м/с.
То есть шум точно будет, как Вы и сказали, но его можно реально уменьшить, улучшив условия, что Вы и сделали. О чем тут спорить-то

Есть одна простая вещь - турбулентности нужно "развиться". Для этого после того как она возникла, ее нужно "подпитывать" энергией - скоростью.
А возникнет она если ее возбудить, например тем, что быстрый поток будет огибать препятствие.

А в ламинарном режиме, скорость потока у стенок (и у препятствия) равна нулю! потому и не возникает зародышей, и развиваться нечему.
Но это еще не все, если зародыш таки возник - мы немного превысили скорость и перешагнули порог турбулентности - он не вырастет, а "схлопнется". Просто потому что скорость у ламинарного порта падает вне ящика практически сразу до нуля. Подпитки нет.

Все. С данными аргументами дальнейшая дискуссия бессмыслена - мы пошли на третий круг

Я выслушивал свой порт в абсолютно тихой комнате, и как и говорил, никакого (то есть вообще) шума не услышал до Re 2700. Или ухо недостаточно чувствительно? даже если так - мне этого достаточно. Я просто масштабирую порт для больших скоростей при том-же Re и надеюсь получит тот-же уровень шума (нулевой), мне этого достаточно.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Кстати, как быть с неудобными вопросами типа масштабных моделей и аэродинамических труб? Там точно так-же просто масштабируют и скорость и размер.
Или люди которые строят автомобили, здания, самолеты тоже не имеют права масштабировать? Где разница между масштабированием элементарного ФИ и небоскреба? В том что небоскреб уменьшают в 100 раз, а порт придется уменьшить в 6?
А ведь Re именно для этого и ввели, для практических оценок.

Посмотрите на это так: я просто хочу отмасштабировать свой нешумящий порт на большую скорость, для этого я изменю его размер - все.

[funny the rat]

Слабое место - естественно выход из портов, но почему там должно шуметь, и почему именно от 1 м/с - я не понимаю.

Вообщето ответ на этот вопрос содержится в первом посте

Ну что тут малореального? Порт в 100 см2 обычно вполне достаточен для обычных АС (не сабов) с динами до 10**.
На стандартных объемных смещениях это даст до 8-10 м/с скорости.

ну скажем так в моей практике использование простого (не flared) порта круглого сецения удовлетворяющего моим критериям шума или так перефразируем - для многиx современныx голов требующих малых объемов оформления для портов круглого сечения с прямолинейной образующей

---------- Добавлено в 13:04 ---------- Предыдущее сообщение в 12:36 ----------

для этого я изменю его размер - все

масштабировать собрались вниз?

Кстати, как быть с неудобными вопросами типа масштабных моделей и аэродинамических труб?

Чем же они такие неудобные я же вроде по этому поводу не возражал.

[ViktKors]

в моей практике ..

Offтопик:
Да, большая проблема практики - никогда не заглянуть за рамки поставленного эксперимента
Большая проблема теории - они понятия не имеют, что именно надо учитывать, но зато они могут подсказать где именно искать, поэтому большинство из них работает в контакте экспериментаторами.
Увы, у нас такого сотрудничества не получается, Вы аппелируете только к турбулентным режимам, у меня нет такого как у Вас практического опыта.

---------- Добавлено в 19:12 ---------- Предыдущее сообщение в 19:05 ----------

масштабировать собрались вниз?

Характерный размер - вниз, скорость вверх.
Условие Re ~ v*d = const.
Чтоб скорость соответствовала мощности - ширину увеличить.
об этом 4-я страница уже...

---------- Добавлено в 19:20 ---------- Предыдущее сообщение в 19:12 ----------

"Сообщение от ViktKors:
Ну что тут малореального? Порт в 100 см2 обычно вполне достаточен для обычных АС (не сабов) с динами до 10**.
На стандартных объемных смещениях это даст до 8-10 м/с скорости."

ну скажем так в моей практике использование простого (не flared) порта круглого сецения удовлетворяющего моим критериям шума или так перефразируем - для многиx современныx голов требующих малых объемов оформления для портов круглого сечения с прямолинейной образующей

Странно, я проде как говорил об условиях для узкой щели с другим нежели у круглого порта характером течения (поскольку круглый порт непригоден), а Вы утверждаете, что Вам представляется малореальным использование круглого порта...
Вы со мной таким немного необычным образом соглашаетесь? или я что-то неправильно понял?

[olvicgor]

Так это одни и те-же формулы!!!!
Там вообще на данный момент ничего кроме формулы Пуазейля (ламинарное) и Блазиуса (приближение для турбулентного для Re<1e5) и нет-то!!!

Хорошо, что это подняло Ваше настроение Но не могу не отметить, что Вы невнимательны. Автор программы действительно использовал для расчета ламинарного варианта формулу Пуазейля, но вот для турбулентного отнюдь не Блазиуса. И об этом на страничке в ссылке ясно и однозначно написано. Да и десятичный логарифм мало похож на корень четвертой степени Если обнулить шероховатость, то выражение превратиться в формулу Конакова. Прочитать об этом можно, например, здесь: http://gidravl.narod.ru/gidrosopr.html
Все это, конечно, совершенно не существенно для рассматриваемой задачи.

Ну объясните, почему мое представление об этой зоне (при ламинарном докритическом движении) из поста 21 неверно? Или у Вы просто не верите в то, что на докритичеких числах Re фланцы не шумят? Если это вопрос веры - тогда о чем дальше говорить?....

Я ни верю ни не верю. Просто меня пока не убеждает Ваше сугубо умозрительное рассуждение о том, что раз поток ламинарен, имеет нулевую скорость у стенки, то даже при ее внезапном исчезновении поток этого просто "не заметит" и так себе ламинарненько расширится Хотя я и допускаю, что такое возможно.
И вопрос, на который я не увидел ответа. А что же будет с нелинейными искажениями АС при ламинарном порте? Его акустическое сопротивление, как минимум, на порядок выше традиционного и на периоде синусоиды будет гулять пропорционально квадрату скорости от нуля до максимального значения.
Вы наверняка знакомы с работами Клиппеля. Если нет, то на всякий случай вот цитата из его уже ставшего классикой обзора искажений головок:
3.1.6. Port nonlinearity
Ports in vented systems have a flow resistance which is not constant, but highly depends on the
velocity v of the air inside the port [8] . At very low amplitudes the loss factor of a normal port is
very high (Q > 50) but this values goes down to 10 and less for particle velocities above 20 m/s.
The reason is that the air in the port does not vibrate as an air plug where all the air particles are
bounded together. During the out-breathing phase the air is pushed in axis into the far field. In
the following in-breathing phase other air particles resting around the orifice are accelerated and
sucked into the port. The kinetic energy moved into the far field corresponds with the increase of
the flow resistance for positive and negative air velocities as illustrated in Figure 13.
The nonlinear flow resistance Rp(v) generates low frequency components because the velocities
are multiplied with each other. An asymmetry in Rp(v) caused by the geometry of the orifices
generates a dc-pressure in the box which may spoil the voice coil position and cause motor
distortion.
A second nonlinear mechanism is the generation of turbulences in the air flow that behave as
sound sources causing broad band noise in the output signal [9], [10] .
На всякий случай ссылка: http://www.klippel.de/pubs/Klippel%2...ymptoms_06.pdf
Он, правда затрагивает эту проблему вскользь.

[funny the rat]

что Вам представляется малореальным использование круглого порта...

это совсем не так боюсь вы меня не так поняли, или приводите фразу целиком или не цитируйте вообще а то можно подумать все что угодно. Mалореальным мне представляется тихий порт без обеспечения ламинарности на входе и выходе

Вы аппелируете только к турбулентным режимам

Давайте я попробую простым языком -
Если взять трубу (для простоты) площадью скажем 25% от Sd воткныли в ящик подать на голову герц 12 (чтобы не маскировать шунм сигналом). Мощи миллиметров на 5 хода. с большой вероятностью труба засвистит поменяв ее на аналогичную но с flared ends шум исчезнет (и скорее всего не появится даже на 15 мм хода).
Если удастся вместить в оформление порт достаточной эффективности с настолько докритичным Re что это исключить переход в турбулентную область как в трыбе так и непосредственни в ее малой окресности.
То это прекрасно, если нет то придется выглаживать путь потока, что собственно в практике чаще всего и происxодит

Именно поэтому считать что если поток ламинарен в тонеле, то шума не будет, в принципе не является правильным. Условия для возникновения турбулентности могут возникнyть на входе/выходе и речь как раз про то что при гладком тонеле именно вход/выход в него определяет будет шум или нет формообразyющая тонеля в данном случае нерелевантана. И условия обтекания надо считать не в трубе, а на границе раздела если там удается обеспечит приемлимые условия обтекания то порт шуметь не будет

[ViktKors]

... невнимательны. Автор программы действительно использовал для расчета ламинарного варианта формулу Пуазейля, но вот для турбулентного отнюдь не Блазиуса.

Точно, смотрел больше на ламинарный случай. В турбулентном там автор обрабатывал экспериментальные данные и выводил формулу. По хорошему, в пределах нужной нам точности все должно сойтись.

И вопрос, на который я не увидел ответа. А что же будет с нелинейными искажениями АС при ламинарном порте? Его акустическое сопротивление, как минимум, на порядок выше традиционного и на периоде синусоиды будет гулять пропорционально квадрату скорости от нуля до максимального значения.

Спасибо за вопросы.
Только сначала один к Вам: почему вы полагаете, что
"сопротивление... будет пропорционально квадрату скорости"
при ламинарном движении? На страничке, на которую Вы ссылаетесть ("можно почитать") явно видно, что при ламинарном движении потери давления пропорциональны скорости.
Ваше утверждение бесспорно справедливо для малых отклонений от скорости потока при турбулентном движении, но об этом ниже.


Ситуация с акустическим сопротивлением довольно проста, но опять-же только для ламинарного движения. Акустическое сопротивление есть, но оно
а) постоянно (не модулируется скоростью);
б) силы, которые тратятся на его преодоление значительно значительно слабее, чем на разгон воздуха в порту - собственно это и есть добротность порта. То есть добротность 10, означает, что силы сопротивления в 10 раз меньше сил инерции, потому и говорить об искаениях в ламинарном порту можно только как эффекте следующего порядка малости.
Ваш вопрос более чем обоснован, потому я и делал модель, которая могла оценить вклад этого в итоговое движение. Наивное представление говорит, что раз сила трения возрастает со скоростью - она должна давать искажения, это не так. Важным оказывается отношение силы сопротивления к скорости - а оно как раз константа. Собственно, все это говорилась еще в 1927 году тем самым дотошным автором, еще не знавшим ни турбулентности ни критерия Рейнольдса, на книгу которго ссылался Yauhen (просто забыл имя ..). Модель показывает, что влияние сопротивления порта есть, но оно не дает нелинейных эффектов. Более того, даже если добротность довести до единицы, нелинейных эффектов не появится, просто упадет эффективность порта, получим ПАС.

А вот стоит нам перейти к турбулентности - и все Ваши утверждения становятся справедливыми. Сопротивление порта начинает модулироваться скоростью, и единственный способ с этом хоть как-то жить - это запредельно увеличивать добротность. Что мы все и делаем. Поскольку 99% всех портов турбулентны, вполне можно говорить о таких искажениях как о данной нам неизбежности, но, подчеркиваю, эти представления не всеобъемлющи.

Кстати, по поводу струи вылетающей из порта, я замечал уже, что это скорее случай же совсем удручающей нелинейности. Там я приводил объяснение совсем "на пальцах", о том, что длина тоннеля рассчитывается исходя их эфективной прибавки в 0.85D с каждой стороны, и именно эта величина и определяет насколько далеко воздух эффективно "вылетает" из порта на малых (при измерениях) - читай "почти ламинарных" - скоростях.
Сейчас я приведу немного другое объяснение. Ламинарное движение - движение детерменированое, то есть его можно просчитать в каждой точке, и потому обратимое во времени. Для нас это означает, что ситуации "вдоха" и "выдоха" не различаются траекториями молекул, принимающих участие в движении. То есть ситуация с вылетом струи принципиально лучше чем в обычном случае. На практике это означает, что из ламинарного порта не "дует ветер", есть только колебательное движение молекул (по сложным изогнутым траекторям) существенное на растояниях от порта порядка характерного размера.

Примечание. Тут есть один не всем очевидный момент связаный с искажениями. В ЗЯ, ход мембраны ограничивается давлением, оно под воздействием синусоидальной силы тоже синусоидально, а перемещение (определяемое объемом) связано с давлением не совсем линейно. В ФИ излучение идет в основном от порта, а ускорение воздуха в нем определяется именно давлением. То есть ФИ потенциально чуть более линеен, что особенно важно для малых систем. Это одна из причин по которой я для себя лично не сбрасываю его со счетов.

---------- Добавлено в 11:51 ---------- Предыдущее сообщение в 11:23 ----------

это совсем не так боюсь вы меня не так поняли, или приводите фразу целиком или не цитируйте вообще а то можно подумать все что угодно. Mалореальным мне представляется тихий порт без обеспечения ламинарности на входе и выходе

..Если удастся вместить в оформление порт достаточной эффективности с настолько докритичным Re что это исключить переход в турбулентную область как в трыбе так и непосредственни в ее малой окресности.
То это прекрасно, если нет то придется выглаживать путь потока, что собственно в практике чаще всего и происxодит

Именно поэтому считать что если поток ламинарен в тонеле, то шума не будет, в принципе не является правильным. Условия для возникновения турбулентности могут возникнyть на входе/выходе и речь как раз про то что при гладком тонеле именно вход/выход в него определяет будет шум или нет формообразyющая тонеля в данном случае нерелевантана. И условия обтекания надо считать не в трубе, а на границе раздела если там удается обеспечит приемлимые условия обтекания то порт шуметь не будет

Я чем дальше - тем больше согласен с Вами, и при этом мне не приходится менять своего мнения - видимо мы просто говорим об одном и том-же, но уж с очень разных начальных позиций подходим.

Я не утверждаю, что "если поток ламинарен в тонеле", то он будет ламинарен и на краях. Это практически 100% неверно, если поток достаточно быстр. Практически, если формально, при 2300 < Re < 10000 (а при совсем гладком канале и больше) канал вполне способен не свистеть, достаточно сделать его просто гладким, без шерховатостей. Но вот край - если его не закруглять - он сам по себе такая шероховатость, что на нем свист появится практически гарантировано.

Но ламинарный поток возможен двух видов:
а) послекритический Re > 2300 (именно о нем Вы говорите) в котором малейшая неоднородность стимулирует переход к турбулентности
б) докритический Re < 2300 в нем происходит обтекание препятствий. Поток достаточно малоинерционный, чтоб "отвернуть" и "завязнуть" в окружающем воздухе. Вот об этом, именно об этом случае я и говорю, надеясь, что в таком режиме турбулентости не будет вообще.
Возможно, целесообразно было-бы ввести две категории ламинарных портов: гладкие и докритические, но мне кажется это излишнее усложнение.
На практике все равно возможны короткие выходы из докритической области, и сглаживание краев точно не помешает, да и к тому-же, на данный момент, сглаживать края - это наверое уже просто правило хорошего тона, как без него..

[funny the rat]

Вот об этом, именно об этом случае я и говорю, надеясь, что в таком режиме турбулентости не будет вообще.

Hа мой взгляд вы просто неправильно задаете граничные условия и весь спор как раз о ниx
С учетом современных голов и WAF построит докритический ФИ можно на очень малом множестве голов. B реальности стоит расматривать нечто вроде этого

(написал развернутый ответ но неверное движение мышю и...
поэтому ограничился веьма кратким вариантом

[olvicgor]

явно видно, что при ламинарном движении потери давления пропорциональны скорости.

Да, согласен. Совсем забыло, что рейнольдс в первом приближении пропорционален скорости.

а) постоянно (не модулируется скоростью);

Согласен, что в первом приближении так и есть.

б) силы, которые тратятся на его преодоление значительно значительно слабее, чем на разгон воздуха в порту - собственно это и есть добротность порта. То есть добротность 10, означает, что силы сопротивления в 10 раз меньше сил инерции, потому и говорить об искаениях в ламинарном порту можно только как эффекте следующего порядка малости.

Согласен. Остается надеяться, что второй порядок малости в реальности хотя бы на порядок меньше первого и искажения будут ниже 1%. Что для порта было бы очень хорошим показателем.

Ламинарное движение - движение детерменированое, то есть его можно просчитать в каждой точке, и потому обратимое во времени. Для нас это означает, что ситуации "вдоха" и "выдоха" не различаются траекториями молекул, принимающих участие в движении. То есть ситуация с вылетом струи принципиально лучше чем в обычном случае. На практике это означает, что из ламинарного порта не "дует ветер", есть только колебательное движение молекул (по сложным изогнутым траекторям) существенное на растояниях от порта порядка характерного размера.

Хотя бы одна экспериментально снятая картинка на скоростях близких к критической сильно добавила бы веса Вашим умозрительным объяснениям

В ЗЯ, ход мембраны ограничивается давлением, оно под воздействием синусоидальной силы тоже синусоидально, а перемещение (определяемое объемом) связано с давлением не совсем линейно. В ФИ излучение идет в основном от порта, а ускорение воздуха в нем определяется именно давлением. То есть ФИ потенциально чуть более линеен, что особенно важно для малых систем.

Тоже кажется логичным. Нелинейность малого воздушного объема, вроде бы, должна игнорироваться ФИ на тех же основаниях, что и нелинейность подвеса головки.
На первый взгляд, все вроде логично. Осталось сделать и померить. Надеюсь, микрофон у Вас в хозяйстве найдется. Успехов!
И не забудьте ознакомить общественность с результатами

[ViktKors]

рейнольдс в первом приближении пропорционален скорости.

Согласен, что в первом приближении так и есть.

Согласен. Остается надеяться, что второй порядок малости в реальности хотя бы на порядок меньше первого и искажения будут ниже 1%. Что для порта было бы очень хорошим показателем.

А что Вы понимаете здесь под "первым приближением"? Просто понятие "приближение", как правило, используется при математическом описании явления и характеризует "как близка" наша модель к действительности. Говоря "в первом приближении" производящий оценки человек обычно подразумевает, что все взаимодействия ограничены только главной существенной частью - константой, прямой пропрциональностью, квадратичной зависимостью - в зависимости от явления. Так вот, описании сопротивления порта при ламинарном движении не содержится никаких членов кроме линейного даже в теории..

Число Рейнольдса пропорционально скорости - это его определение как понятия.

Сопротивление (в смысле силы трения в порту деленной на вызывающее ее приложенное к порту давление) - постоянно при ламинаром движениии.
Укажите, если считаете иначе, что вызывает явления второго порядка малости? Разве появление дополнительных членов не означает переход к турбулентности?

Поэтому, чтобы избежать спора об определениях, если это принципиально, стоит договориться, что подразумевается под "вторым порядком малости"

Осталось сделать и померить. Надеюсь, микрофон у Вас в хозяйстве найдется. И не забудьте ознакомить общественность с результатами

Ага, вот так просто - я мерял тут свой старый порт.. микрофон вблизи канала начинает влетать в ограничение - померишь тут разве только спектр гармоник капсуля-микрофонного усилителя..
А стоит отнести немного дальше - ну на полметра от порта - и меряешь уже только шум вентиляторов компа, он явно гораздо сильнее турбулентных шумов. На телефон что-ли записывать шум?? Остается только ухо . И результаты словами описывать..

Так что микрофона мало - собери еще бесшумный комп ..

Ладно, пока динамики придут - придмаю что-нибудь.

[GiGaNT]

микрофон вблизи канала начинает влетать в ограничение

может понизить Ку преда ?

[ViktKors]

может понизить Ку преда ?

Можно конечно, только соменения в его линейности на больших сигналах остаются,
да и шум компа куда деть .. он все равно мешает сильно.

Только это не те проблемы над которыми думать стоит..

[olvicgor]

А что Вы понимаете здесь под "первым приближением"? Просто понятие "приближение", как правило, используется при математическом описании явления и характеризует "как близка" наша модель к действительности. Говоря "в первом приближении" производящий оценки человек обычно подразумевает, что все взаимодействия ограничены только главной существенной частью - константой, прямой пропрциональностью, квадратичной зависимостью - в зависимости от явления. Так вот, описании сопротивления порта при ламинарном движении не содержится никаких членов кроме линейного даже в теории..

Про рейнольдса Вы правы. А первое приближение везде, где использовано - фигура речи, а не первый член в разложении в ряд, если Вы уж так гонитесь за точностью формулировок.

Сопротивление (в смысле силы трения в порту деленной на вызывающее ее приложенное к порту давление) - постоянно при ламинаром движениии.
Укажите, если считаете иначе, что вызывает явления второго порядка малости? Разве появление дополнительных членов не означает переход к турбулентности?

Странный тезис для Вас, кто так любит точность. Вы же знаете, что точной границы между двумя моделями не существует в принципе. Это Вам не сверхзвукокой барьер. И даже нижняя граница, до которой будто бы можно считать поток ламинарным, разными авторами определяется в диапазоне от 930 до 2300. Вы, естественно, выбрали для себя 2300, а автор программы расчета почему-то 930. Поэтому наверняка уж в указанном-то диапазоне сопротивление не подчиняется ТОЧНО выражению для ламинарности.

микрофон вблизи канала начинает влетать в ограничение - померишь тут разве только спектр гармоник капсуля-микрофонного усилителя..

Решение проблемы тривиально и давно известно - истоковый повторитель. О переделке можно прочитать здесь: http://www.linkwitzlab.com/sys_test.htm#Mic

[ViktKors]

Вы же знаете, что точной границы между двумя моделями не существует в принципе. Это Вам не сверхзвукокой барьер. И даже нижняя граница, до которой будто бы можно считать поток ламинарным, разными авторами определяется в диапазоне от 930 до 2300. Вы, естественно, выбрали для себя 2300, а автор программы расчета почему-то 930. Поэтому наверняка уж в указанном-то диапазоне сопротивление не подчиняется ТОЧНО выражению для ламинарности.

Да, должен полностью с Вами согласиться

Решение проблемы тривиально и давно известно - истоковый повторитель.

Спасибо, обязательно приму к сведению.

---------- Добавлено в 13:56 ---------- Предыдущее сообщение в 13:50 ----------

Хотя бы одна экспериментально снятая картинка на скоростях близких к критической ...

Да я думал как бы это визуализировать. Пока ничего, кроме как покурить в трубочку введенную вглубь канала фазоинвертора в голову не приходит. А курить бросил и боюсь сорваться, а то потом пойдут отмазки, типа "это не курения для, а для прояснения турбулентности фазоинвероторов , да заванивать жилище как-то...

[funny the rat]

пока динамики придут

Огласили бы модель

[Yauhen]

Уменьшая площадь сечения ФИ - уменьшаем отдачу АС на НЧ

Я в это готов поверить, но Почему это так??? Как это происходит??? Что лежит в основе? Может тут хоть кто-то это объяснить, хоть на пальцах, хоть на модели, хоть формулами???

Из-за добротности это не происходит (если нет турбулентности) - она остается достаточно высокой (уж точно больше 10 если ящик и порт нормальные) - изменение (см пост выше) менее 2 дБ.
Что еще кроме добротности гасит "эффективность ФИ" при уменьшении порта?

Попробую.
Добротность выше 10 получить весьма затруднительно, если верить И.Алдошиной.

По остальному, на пальцах.
Если представить ФИ как механическую колебательную систему, то её добротность будет выражается формулой

Q = sqrt(m * k / b)

m – аналог массы
k – аналог жёсткости
b – коэффициент трения

Жёсткость воздуха в ящике определяется так:

k = ρ * S^2 * c^2 / V

ρ – плотность среды;
S – площадь "поршня", то есть, поперечного сечения входа/выхода порта;
c – скорость звука в среде;
V – объём резонатора (ящика).

Следовательно, чтобы увеличить отдачу резонатора, нужно:
– увеличивать массу воздуха в порте;
– увеличивать площадь порта;
– уменьшать объём ящика;
– снижать трение и почие потери в системе.