Расчет песочных часов - II

[Yauhen]

Продолжать тему «песочных часов" и дальнейшего развития программы BassPort предлагаю здесь.

Выкладываю новую версию 0.6beta (см. вложение).
По результатам макетирования портов сделаны выводы и пересмотрены подходы к их проектированию. Перечитайте, пожалуйста, файл Выводы по проблеме.doc, он почти наполовину переписан.

Новое в версии 0.6:
– изменен диапазон и шаг множителей функции для портов с криволинейной образующей
– в блоке "Граничные значения" максимальная скорость воздуха в порте привязана к его конфигурации (прежде за максимальное значение принимались универсальные 25 м/с)
– скорость воздушного потока, превышающая предельно допустимую для данного вида порта, теперь в результатах расчёта отображается красным цветом; приводящая к шумам на расстояниях 0,2...1 м – пурпурным; а ниже порога заметности – цветом текста по умолчанию (как правило, чёрным).

-----------------------------------------
28.04.2010

Готова новая версия программы

Что нового:
– возможность ввода данных и работы в дюймовой системе
– калькулятор настройки ФИ по известному объёму ящика и размерам порта (портов)
– печать на принтерах/плоттерах любых форматов, какие только поддерживаются этими устройствами
– цветные индикаторы максимальной скорости воздуха в горловине и на выходе
– графики скоростей воздушного потока в горловине и на выходе порта
– нормальная встроенная хелп-система.

-----------------------------------------
Обновление от 07.12.2010

Сделан вывод рисунка порта (шаблона) в файл формата DXF.
Файл можно импортировать практически в любую программу векторной графики и при желании вывести на печать из неё.
Импорт проверялся в CorelDRAW! и AutoCAD.


Желающие приобрести, прошу обращаться в личку.
Стоимость 450 рублей.
Программа высылается на указанный вами е-мейл после оплаты.

-----------------------------------------
Обновление от 23.03.2014

Добавлена шкала турбулентности для лучшей визуализации воздушного потока в порте.
Зеленые оттенки соответствуют ламинарному потоку, красные - турбулентность выше критической.
Более подробно обо всех изменениях здесь: http://www.shop.bassport.net/pages/bpm/adv_bpm.html
Стоимость новой версии 1000р.

-----------------------------------------
Во вложении:
Бесплатная версия Bassport Light 1.0 от 08.01.2011
Новое в сравнении с предыдущей версией (Bassport beta 0.6):
– изменен способ указания Xmax, теперь вводится то же значение, что и в паспорте динамика, то есть, сдвиг в одну сторону;
– уточнены граничные значения максимальной скорости воздуха в порте;
– улучшен алгоритм и несколько повышена скорость расчётов;
– в калькулятор добавлена возможность определения настройки фазоинвертора, если известны размеры порта и чистый объём ящика;
– максимальное количество портов увеличено до 1000, что в принципе даёт возможность рассчитывать панели акустического сопротивления.

-----------------------------------------
Бесплатная версия Bassport Light 1.1 от 09.12.2012
Новое в сравнении с предыдущей версией (Light 1.0):
– добавлен бокс для ввода площади диффузора, на случай, если она известна, а эффективный диаметр определить затруднительно;
– добавлена база по автозвуковым брендам, теперь можно попасть на нужный сайт, кликнув на названии бренда в базе;

Ссылка: http://www.bassport.net/sub_pages/sub1_1.php?in=Vegalab

Немного "ярковато", но закон жанра требует
Если страница отображается не совсем хорошо, переключите в браузере кодировку в "Windows-1251".

[SPL_77]

Yauhen
Не могу разобраться с величной Xd - максимальный ход диффузора
Вы писали в формуле "О РАСЧЕТЕ МИНИМАЛЬНО ДОПУСТИМОЙ ПЛОЩАДИ ПОРТА", что Xd — максимальный ход диффузора (от точки покоя до пика), а в программу нужно вводить значение от пика до пика. Так почему в расчете площади порта необходимо брать величину от точки покоя до пика?

[Yauhen]

Здесь всё просто.
В формулу для расчёта скорости подставляется Xd.
Когда паспорта динамика нет, величину максимального хода можно определить визуально, стробоскопическим методом, по перемещению диффузора от пика до пика.
Если в формулу для расчёта макс. скорости подставляем паспортное Xd, то формулу менять не надо.
А если используем значение "от пика до пика", то двойку из формулы нужно убрать.

[SPL_77]

Теперь все понятно, через неделю буду собирать ящик для Alpine SWR-1222D если комунибуть интересно могу после выложить результаты получившейся работы.

[ZugDuk]

Интересно

[funny the rat]

Yauhen, Что там с англоязычной версией интерфейса слышно

inches

[Yauhen]

Да, довольно интересно.
Интересно то, какие выходы придумывают люди, чобы не нарваться на патент от Полк Аудио.
Полки застолбили образующие экспоненциального вида для портов, и теперь все, кто делают порты такого типа, должны им отстёгивать.

Прошу прощения за неточную информацию, Polk Audio здесь ни при чём.
Юридический наезд был совершён руководителем Base на фирму JBL, в результате чего последняя выплатила истцу более 5 млн. $ и заменила порты в своих АС на другие.

Yauhen, Что там с англоязычной версией интерфейса слышно

Пока ничего.
Идёт поиск оптимальной функции для образующей.
На данный момент выяснил, что ни Cosh, ни "круг" не являются оптимальными с точки зрения ламинарности воздушного потока.
Будем искать (с).

[funny the rat]

Идёт поиск оптимальной функции для образующей.

На мой взгляд это уже крохи мне кажется что двхyсторонний flared порт настолько сильно уменьшает аэродинамические шумы, что дальнейшее уменьшение диаметра тунеля грозит слишком заметным снижением его эффективности. Другими словами, погоня за минимально возможной длинной тунеля может привести к недопустимой потере его эффективности. Или мне это только кажется?

[Yauhen]

Потери эффективности не допустим!
А "крохи" тоже кому-то нужны. Например, автозвуковикам-СПЛщикам. Там от этих "крох" зависит успех в соревнованиях, к которым долго готовятся.

[Yauhen]

В первый пост иемы добавлено объявление о выходе новой версии.

[Бока]

Мысль мелькнула забавная, что читая эту тему, какой-нибудь авиаконструктор снисходительно улыбается,: Эх, молодо-зелено, блуждают пацаны в трёх соснах, тут же всё так просто!

[Yauhen]

Всё возможно.
Оптимизация воздушного потка - дело не совсем простое, и они этим серьёзно занимаются. При желании можно погуглить по словам "Bell Mouth" (с пробелом и без него).
Цепляют на макет кучу датчиков, измеряют скорости воздушного потока в разных точках с тем, чтобы найти оптимальную форму для входного/выходного отверстия турбин или, скажем, систем вентиляции.
А если нет всего этого, остаётся только размышлять. И похоже, общую идею я нащупал. Осталось её проверить и ввести в следующую версию программы. Тогда скорость потока можно будет увеличить, а размеры порта - уменьшить, не теряя при этом эффективности всей системы.

[-Rik-]

Попробуй покопать на тему "сопло Лаваля" (аэродинамики и двигателисты знают). Оно не совсем для этих целей (там задача получить высокую (сверхзвуковую) скорость потока на выходе), но возможно, будут интересны подходы к решению и базовые расчеты - его конфигурация в целом похожа.

[Yauhen]

Посмотрел.
Есть существенное отличие от сопла Лаваля: в порте ФИ воздушный поток не является стационарным, то есть, однонаправленным и неизменным во времени. Хотя эту математику можно использовать для расчёта мгновенных знгачений.

[ViktKors]

Я не совсем понимаю сути вопроса. Если это не очень трудно, не составит труда ли кому-нибудь объяснить?
Здесь везде речь идет о шумах, "хрюкании", и т.п. неприятных явлениях в портах фазоинверторов.
Причина сводится к проявлениям турбулентности, а как способ не допускать слишком сильных завихрений в портах, предполагаются разные специальные формы каналов.

Но ведь давно известно, что при определенных условиях, соответствующих так называемым малым числам рейнольдса (гидро/аэроэинамика, википедия), турбулентность не проявляется вообще.
Критерии тоже известны. Для течения в круглой трубе, например, это числа меньше 2300. Так что мешает сделать порт фазоинвертора в котором турбулентность вообще не будет возникать?
И никаких труднореализыемых сверхточных профилей..

[sia_2]

Я не совсем понимаю сути вопроса. Если это не очень трудно, не составит труда ли кому-нибудь объяснить?
Здесь везде речь идет о шумах, "хрюкании", и т.п. неприятных явлениях в портах фазоинверторов.
Причина сводится к проявлениям турбулентности, а как способ не допускать слишком сильных завихрений в портах, предполагаются разные специальные формы каналов.

Но ведь давно известно, что при определенных условиях, соответствующих так называемым малым числам рейнольдса (гидро/аэроэинамика, википедия), турбулентность не проявляется вообще.
Критерии тоже известны. Для течения в круглой трубе, например, это числа меньше 2300. Так что мешает сделать порт фазоинвертора в котором турбулентность вообще не будет возникать?
И никаких труднореализыемых сверхточных профилей..

Размеры порта. Сделать просто большой порт - это неизящное и неэффективное решение, т.к. объем порта крадет объем ящика, на низких частотах это выражено очень сильно.

[ViktKors]

Размеры порта.

Вы знаете, я об этом подумал вечером еще чуть-чуть.

Мысль такова. Вкратце вводная, чтоб не спорить об определениях.

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 (качественно), 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.

Очень хочется верить, что вышесказанное не встретит возражений по существу.
Теперь попытаемся получить практические выводы.

Число рейнольдса равно:

Re = v*d/ню (скорость в канале * характерный размер (диаметр)) / кинематическая вязкость.

Кинематическая вязкость воздуха в нормальных условиях - 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 длинне такого порта и в самом деле странно.


У меня такое ощущение, что на этом месте всегда принималось решение о невозможности безтурбулентного 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

То есть 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!!

Только нужно ввести некую поправку на то, что теперь воздух течет не в трубе, а между двумя плоскостями.
Их общих соображений можно предположить, что для тех-же чисел рейнольдса нужен порт с щелью где-то от 0.5 до 0.75 от диаметра соответствующей трубки.

То есть для скоростей до 5 м/сек порядка 4 - 6 мм. Что более чем реально и разумно.

То есть смысл программы для расчета фазоинвертора есть в применении простейших зависимостей для расчета ламинарного порта..

Я совершенно не специалист в областях гидро/аэродинамики, но никаких специальных знаний тут и не использовалось - см. википедию, например.
Но именно из-за отсутствия специальных знаний, мне безумно интересно, в чем я не прав? И не прав ли вообще?

P.S. Я хотел бы оставить за скобками некоторые факторы, например: течение в фазоинверторе не устоявшееся, а турбулентности нужно нектороторе время для развития, то есть смена скорости и направления потока (ИМХО) может "сбивать" турбулентность до определенного предела; у динамиков с малыми диффузорами, вероятно, турбулентность может ничинается уже в придиффузорной зоне на достаточно высоких скоростях. Но эти факторы говорят только о том, что, вероятно, рабочими числами рейнольдса для реальной системы, можно считать даже
несколько большие значение чем 2300, что делает еще более реальным построение корректной системы.

[Yauhen]

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.

Очень хочется верить, что вышесказанное не встретит возражений.

Увы, возражения возникают.
Приведённые вами рассуждения применимы к стационарному потоку в бесконечном канале.
Реальный порт имеет конечную длину, и турбулентность возникает не столько в объёме трубы, сколько на её выходе, когда "воздушная пробка" сталкивается со средой вне порта. И скорость взаимодействия этих масс воздуха не константа, а меняет как свою величину, так и знак (направление). Отсюда завихрения на внешнем срезе порта.
Один из выходов состоит в том, чтобы снизить скорость на выходе порта, тогда мы избавимся от краевых завихрений. В горловине порта скорость может быть большой и не вызывать проблем. Стало быть, надо сделать порт с плавным увеличением площади поперечного сечения к выходу. Но если сделать это чересчур резко, возникают вихревые явления в объёме такого порта.

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.

Тогда надо вспомнить, на чём основана работа трубы как порта ФИ.
Труба резонатора имеет определённое акустическое сопротивление, и меняя количество и диаметр трубок, его нужно выдерживать постоянным, чтобы не изменилась частота настройки ФИ.

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!!

Или ту же трубу, если связать малые трубки в пакет.

То есть смысл программы для расчета фазоинвертора есть в применении простейших зависимостей для расчета ламинарного порта..

Тогда, пожалуйста, рассчитайте порт на 30 Гц в ящике 45 л для сабвуфера Alpine R1222D с максимальным механическим ходом диффузора от пика до пика 65 мм. Очень интересно, что получится.

[ViktKors]

Понимаю.
Даже согласен с некоторыми оговорками.

А именно. Тут важно принимать во внимание следующее.. Как бы это объяснить понятнее..

Есть режимы течения, и абсолютное большиство фазоинверторов работают в режимах, когда турбулентость может существовать. Re > 2300. Вопрос только в том, возникнает она или нет. Для возникновения, если только это не случай Re > 10000 нужна некая предпосылка. Течение в трубе более менее гладкое и осуществляется ровно. То есть, как Вы совершенно справедливо заметили, турбулентность разовьется в условиях стационарного потока только через какое-то время, вероятно полупериода колебания динамика просто недостаточно для этого, что Вы и наблюдаете.

На выходе же из порта условия резко меняются, что и играет роль инициатора турбулентности. Поскольку поток потенциально (2300 < Re < 10000) неустойчив, турбулентность как раз и развивается.

Что можно сделать, чтобы избежать этого:
1. Как Вы и предлагаете, изменить краевые условия на более благоприятные. Спусковой механизм станет мягче, и шумы уменьшатся.

2. Я предлагаю перейти к усливиям, когда поток не обладает потенциальной неустойчивастью. То есть даже после попыток инициировать турбулентность, внутренние силы трения мгновенно ее заглушат; ну как в контурах при добротности менее единицы свободные колебания не возникают.

Это можно обеспечить опять же двумя путями.
а) уменьшить кинетические силы, или что тоже самое - уменьшить скорость.
Как справедливо тут было отмечено, это путь в никуда, фазоинвертор становиться большим и непрактичным, а условия ламинарности все равно практически не достигаются.

б) Увеличить роль сил вязкости. Вариант набивания трубы наполнителем не рассматриваем. Тогда уменьшим диаметр трубы.
Что это дает; стенки становятся ближе и, если совсем просто, всевозможные турбулентные вихри просто рассеиваются на них (в трубе) или на соседних спокойных слоях воздуха (на выходе их трубы).

То есть: одна труба и пучок труб малого диаметра с равной общей площадью не равны с точки зрения турбулентности.

А акустическое сопротивление, оно здесь просто не при чем, нужно соблюсти его равенство в том и другом случае и все, ничего тут не меняется.

Замечание. Тут очень важно понимать, что акустическое сопротивление трубы фазоинвертора существенно реактивно (в том смысле, что акустическая энергия в нем перераспределяется, но не диссипирует). Большое число рейнольдса Re~2300 как раз и означает, что реактивная составляющая сопротивления существенно выше чем активная. Что, собственно и дает нам право использовать стандартную методику для расчета фазоинвертора на тонких трубках или щелевого.


По поводу Alpine R1222D, какая мощность подводится к динамику?

[sia_2]

б) Увеличить роль сил вязкости. Вариант набивания трубы наполнителем не рассматриваем. Тогда уменьшим диаметр трубы.
Что это дает; стенки становятся ближе и, если совсем просто, всевозможные турбулентные вихри просто рассеиваются на них (в трубе) или на соседних спокойных слоях воздуха (на выходе их трубы).

Этого делать нельзя по другой причине: большое трение в таком порте фазоинвертора резко снижает его и без того далеко не 100% эффективность. Для правильной работы основное сопротивлению потоку должна создавать инертность (масса) воздуха, а не его вязкое трение.

[ViktKors]

Ага, я тут дальше смотрю, похоже, что в некоторой степени именно так.

Оно оказывается все отлично элементарно считается, смотрю вот, что выходит.
Таким образом, похоже вполне можно управлять добротностью фазоинвертора.

Ну то есть, если обеспечить высокую добротность ящику, то управляя сечением малых трубок, вполне можно варьировать общую механическую добротность фазоинвертора в ламинарном режиме где-то от ~6 и до 2-3.

Нужно проверить и привести результаты к удобоваримому виду.
Но занимательно выходит, в ящике одного объема просто изменяя такие сечения (при неизменном общем) вполне возможно реализовать все частотные характеристики от фазоинвертора и до закрытого ящика включительно.
Такой себе вариант "не интуитивного" ПАС.

Самое заманчивое, никакой мифологии и дырочек наугад, все считается аналитически.

---------- Добавлено в 20:04 ---------- Предыдущее сообщение в 19:52 ----------

...большое трение в таком порте...

Похоже, что не очень, если без фанатизма подходить, то все выглядит так,
что типичные щелевые порты с щелью порядка 6-8 мм и достаточной площадью как раз и обеспечивают ламинарный поток воздуха в фазоинверторе вплоть до скоростей воздуха в порте ~ 3 м/сек, а это во многих конструкциях соответствует значительной, хотя и далеко не максимальной громкости.

Беру паузу на пару дней для рассчетов.

---------- Добавлено в 20:08 ---------- Предыдущее сообщение в 20:04 ----------

Yauhen, прошу прощения, мои посты оказываются практически оффтопом.
Когда просчитаю результаты, нужно будет просто перенести это в отдельную ветку.