Резонатор Гельмгольца

[SashaNetrusov]

http://www.bluesmobil.com/shikhman/arts/helmhlz.htm
В последнем Радио пример использования высокодобротных высокочувствительных головок в маленьких закрытых корпусах с применением оного...
Ваше мнение?

[SAPR]

Опаньки! Ну право же, ViktKors, будьте скромнее.

А почему скромнее? -
ViktKors обозначил вполне адекватную модель резонатора - и показал в обшем то не состоятельность резонатора - в чем он неправ?
То , что в симфонии навертели лишних дырок - и от этого она соловьем запела? Можно сколько угодно ностальгировать по симфониям, вегам и прочих эстониях вместе с электрониками (особенно по 10 МАС 1 М) - в смысле звука дерьмом были - и остаются - вместе с их кирзовыми динами и прочими усилителями.

[rogozhin]

Гельмгольц в LSP Cade

[mAxSpace]

Гельмгольц в LSP Cade

Я тоже вчера ночью покрутил - вы знаете, общего со слуховыми ощущениями мало. С ним словно колонка с сабом идеально отстроенным под эту колонку и сливающимся с ней - музыкально, без него назойливый гудёж ящика и низа(тот что ниже резонанса ящика- диапазон неэффективной работы)) как буд-то меньше.
В аттаче 4" динамик хундай в ящике 2.7 литра плюс РГ 1л - модель и реально измеренная с учётом отражений в комнате.
Обратите внимание на ГВЗ - сиреневая кривая - ничего сильно плохого нет.

[rogozhin]

Макс, там еще сильно влияют значения демпфирования не совсем понятно какие выставлять

[Иван 51]

Думаю Вы просто неправильно меня поняли. Я просто не принял совета "пробовать".

Я очень надеюсь, что это именно так.

Чтоб "пробовать" нужно по меньшей мере поставить задачу, а уже с ее формулировкой возникает проблема, "на какую частоту", "какой добротности", "какого объема доп камеру делать" и т.д... Это все вопросы которые стоит прояснить до того как браться за пилу.

Здесь у нас с Вами различие в подходах. Для меня первична проблема, а вот после её определения и осмысления возникает задача её устранения. А дальше, поиск способов и инструментов. В той ветке проблема, как раз, определена достаточно ясно, - долбящий бас. Приведена и АЧХ с явным огромным горбылём на 100 Гц. А дальше, много различных предположений и размышлений. По ходу, задача облегчается наличием горбыля всего на одной частоте. Полагая, что это явно не накачка, потому как, накачка имеет место быть при низком разделе ( Ув. С.Д. Бать в своей книге называл, примерно, до 350 Гц. А у меня нет оснований ему не верить, потому, что сам не так давно столкнулся с такой проблемой.), а здесь купольник по СЧ, следовательно, ну никак не ниже 700 - 800 Гц, - я и пришёл к выводу, что резонатор позволит отрежектировать означенный пик. Однако, каюсь, невнимательно прочёл предыдущие посты с самого начала, где mAxSpace, и предлагал воспользоваться этим самым резонатором, за что и извинился перед ним.

Нужно будет - можно сесть и описать модель на уровне "делай раз - делай два - делай три", правда не особо понятно нужно-ли, если (как говорит rogozhin) все это можно сделать в LSPcad-е.

А почему нет?! Было бы очень здорово. Как говорил mAxSpace,

был бы вам очень благодарен еслиб вы подумали на счёт разработки методики по точному расчёту резонаторов и их добротности, чтоб не пилить до посинения, а сделать с первого раза, пусть и с последуюшей подстройкой

И rogozhin, спасибо за идею использования LspCada в расчётах резонатора.

Понятно, что реализовать режектор электрически гораздо проще,

Ну не всегда это проще при использрвании на НЧ, даже из-за огромных номиналов конденсаторов и индуктивностей. А если ещё имеем и низкий раздел, то и проблематично. Вот где пригодился бы прогнозируемый расчёт резонатора.

Потому идея акустического демпфирования (пусть и неполного) представляет для меня не абстрактный, а чисто корыстный интерес, но вот, что именно реализовавать -непонятно,

Попытаюсь словесно определить, что бы я хотел получить, какой продукт. Ну, чтобы это была программа или калькулятор с возможностью по заданной частоте и глубине режекции определять необходимый объём поглощающей камеры и размеры волновода, то бишь трубы или энного количества отверстий расчётного диаметра в стенке камеры. Вот где-то так. Если чего упустил или не так сказал, - поправьте, пожалуйста.
С уважением.

[ViktKors]

Здесь у нас с Вами различие в подходах. Для меня первична проблема, а вот после её определения и осмысления возникает задача её устранения. А дальше, поиск способов и инструментов. В той ветке проблема, как раз, определена достаточно ясно, - долбящий бас. Приведена и АЧХ с явным огромным горбылём на 100 Гц. А дальше, много различных предположений и размышлений. По ходу, задача облегчается наличием горбыля всего на одной частоте. Полагая, что это явно не накачка, потому как, накачка имеет место быть при низком разделе ( Ув. С.Д. Бать в своей книге называл, примерно, до 350 Гц. А у меня нет оснований ему не верить, потому, что сам не так давно столкнулся с такой проблемой.), а здесь купольник по СЧ, следовательно, ну никак не ниже 700 - 800 Гц, - я и пришёл к выводу, что резонатор позволит отрежектировать означенный пик...

Ну в общем смысле "накачка" - это проявлние реактивности динамика, а поскольку таковая существенна как на нижних (для динамика) рабочих частотах, т.е. в области основного резонанса, так и на верхних (индуктивность звуковой катушки), реализоваться могут несколько типов "накачек" на разных частотах. По сути, "накачка" "накачке" - рознь. Правда, нужно заметить, что "накачка" имеет шанс реализоваться только если этой реактивности есть с чем взаимодействовать. Если динамик напрямую (без фильтров) подключен к выходу усилителя, то он зашунтирован его ничтожным выходным сопротивлением и проблем не возникает; аналогично, когда динамик зашунтирован "зеркальной" реактивностью - резонансные явления не стимулируются (тот самый цобель для компенсации индуктивности дина и RLC для компенсации основного резонанса (инерционности массы мембраны и упругости воздуха)).
Т.е. решение просто и давно известно и "проблемой" оно становится только при желании сэкономить/забить. Я полагаю, что "верить" ув. С.Д. Батю в этом вопросе не нужно, вероятно он вполне был бы доволен, если бы радиолюбители просто стали принимать это свойство динамиков во внимание (еще одной эзотеричностью в звуке стало-бы меньше). Как именно оценивать, считать и корректировать "накачку" описано наверное в любой книжке и нормальная симуляция фильтров всегда ее отобразит. Как собственно и получилось в "той ветке".

Ну не всегда это проще при использрвании на НЧ, даже из-за огромных номиналов конденсаторов и индуктивностей.

Бесспорно, это "не проще", но в тех случаях когда "накачка" проявлется в основном диапазоне частот динамика (не там где звучат несколько динамиков одновременно) вполне можно использовать минимально-фазовость "накачки" и скорректировать АЧХ не в АС, а в(перед) усилителе: никаких огромных номиналов не нужно, и вполне можно обойтись гиратором вместо индуктивности.

Попытаюсь словесно определить, что бы я хотел получить, какой продукт. Ну, чтобы это была программа или калькулятор с возможностью по заданной частоте и глубине режекции определять необходимый объём поглощающей камеры и размеры волновода, то бишь трубы или энного количества отверстий расчётного диаметра в стенке камеры.

Ну, в свете открывщихся обстоятельств, не совсем понятно, нужно-ли "изобретать велосипед" когда это уже реализовано в удобном софте. Сам я пользуюсь микрокапом и экселевской табличкой пересчета акустических параметров в эквивалентные звуковые; громоздко, но зато очень гибко, помимо богатых возможностей представить данные, можно например элементарно посмотреть как проявляется та или иная нелинейность (зависимость Bl от смещения или тока, нелинейность подвеса или порта и т.п.), и что изменится например в ИТУНЕ или фильтре, посмотреть как ведут себя два басовика в одном объеме с разными фильтрами, как влияет задрежка распространения сигнала от порта или дина на задней стенке на АЧХ.. и т.д. и т.п, применять можно как угодно.. можно добавить и неминимально-фазовые эффекты, типа того-же баффла.. Правда всякий раз для этого нужно строить новую модель..

[SAPR]

Ну или такие примеры: на максимуме амплитуды Bl падает и электрически динамик частично "раздемпфируется", при перегреве катушки ее сопротивление возрастает, последствие - "раздемпфирование" и т.п..

Ну это не решается ни акустически ни электрически (простыми параметрическими хоть эл. цепями, хоть акуст. обьемами (только ЭМОС
Хочу подчеркнуть всего лишь одну вещь - если хотите изменить полную добротность дина (в сущ акуст оформл - допустим ЗЯ) необходимо домножить передаточную функцию на отношение двух полиномов: (S*S + S*Wp/Qp1 + Wp*Wp)/(S*S + S*Wp/Qp2 + Wp*Wp) - сдесь присуствуют три параметра (а если Wp разная - то четыре (но это уже всем известный корр. Л.). Резонатор же Гельмгольца - всего лишь полосовой фильтр 2 - го порядка - описывается (в простейшем случае) только двумя параметрами - частотой резонанса и добротностью (понятно, что есть еще параметр - сколько он может отьесть акуст мощности). К чему все это? - просто даже в теории резонатолр Г. не может корректно исправить даже добротность дина. Сделав несколько резонаторов можно приблизится к требуемому результату - но для этого нужно будет пилить и строгать немеряно.

[ViktKors]

Ну это не решается ни акустически ни электрически (простыми параметрическими хоть эл. цепями, хоть акуст. обьемами (только ЭМОС
Хочу подчеркнуть всего лишь одну вещь - если хотите изменить полную добротность дина (в сущ акуст оформл - допустим ЗЯ) необходимо домножить передаточную функцию на отношение двух полиномов: (S*S + S*Wp/Qp1 + Wp*Wp)/(S*S + S*Wp/Qp2 + Wp*Wp) - сдесь присуствуют три параметра (а если Wp разная - то четыре (но это уже всем известный корр. Л.). Резонатор же Гельмгольца - всего лишь полосовой фильтр 2 - го порядка - описывается (в простейшем случае) только двумя параметрами - частотой резонанса и добротностью (понятно, что есть еще параметр - сколько он может отьесть акуст мощности). К чему все это? - просто даже в теории резонатолр Г. не может корректно исправить даже добротность дина. Сделав несколько резонаторов можно приблизится к требуемому результату - но для этого нужно будет пилить и строгать немеряно.

Не совсем понятно. Возьмем динамик в частотной области недалеко от основного резонанса. До тех пор пока реализуется минимально-фазовость его поведения (такое условие для ЗЯ/ФИ на таких частотах заведомо применимо), "то что один человек построил, другой завсегда разобрать может" - то, что накрутил резонанс дина всегда можно поправить в тракте усиления.
В идеальном случае резонансный пик ЗЯ (второй порядок) элементарно компенсируется просто RLC цепью в нижнем плече делителя напряжения перед усилителем; просто передаточная характеристика должна быть "зеркальной". Чем такой RLC контур отличается от акустического резонатора (тот-же второй порядок) с коэффициентами точно-также комплексно-сопряженными нашему дину??
Вопрос-то не в линеаризации, а в "компенсации": параметров конечно станет 4 вместо двух, но они-же и "взаимосократятся", в итоге как-бы не будет ни одного

[ViktKors]

Прикольно!!
mAxSpace, Вы в лотерею играть не пробовали?
Эмоции мои вызваны вот чем. Сколько я не крутил этот резонатор в разных ЗЯ, все сводилось +/- к тому, что лучше просто увеличить объем ящика присоединив к нему эту камеру - результат логически понятный, но не обнадеживающий.

Когда я попробовал ФИ появилось четкое ощущение, что игра стоит свеч, но вот когда я попробовал подогнать параметры по Ваш ПИ...
Жаль конечно, что почти никаких данных о динамиках/ящиках кроме фотографий нет, но и так примерно можно прикинуть. Я тупо с прикинул систему с ПИ из второго дина с такой добротностью и в таком маленьком ящике, что пик выражен весьма явно.

Результат - после минимальной подгонки параметров горб значительно съедается, переходная характеристика - заглядение (все конечно в сравнении). Короче просто сказка, особенно учитывая, что пока не до конца ясно как формально прийти к такому решению.

Черное - исходный ящик с ПИ, красное - то что получилось (я всерьез даже не пытался оптимизировать). Показаны АЧХ, ГВЗ, импульсный отклик до и после. Пунктиром показан импульсный отклик увеличенный в 10 раз.

Промежуточный вывод: если думать не о "высоком конце", а о компактных устройствах то стоит это рассматривать всерьез...
В примере динамик с добротностью около единицы, в камере объемом чуть менее половины эквивалентного и с резонатором объемом втрое меньшим чем ящик.

Что особенно интересно, на НЧ есть подъем, но поскольку он больше похож не на "пик" на "плато", то и переходная характеристика выглядит вполне прилично. Причем подъем в 4.5 дБ относительно СЧ - это не просто "линеаризированая" АЧХ, это чистое увеличение чувствительности, им можно скомпенсировать хоть-бы и тот-же баффл степ. То что чувствительность не дается даром - очевидно, платить приходится увеличением ГВЗ, но вряд-ли это должно сильно смущать; в тех-же трансмиссионных линиях подобные резонансные процессы нарастания сигнала со временем никого не колышат и считается, что бас достаточно "быстр" .

Суть всего этого проста: сделать настолько сильно бубнящие АС, что у них подъем АЧХ начнется уже на частотах довольно далеких от резонанса, а сам резонансный пик "срезать". Причем меняя соотношение резонансной камеры и основной (резонансная может быть и больше) можно варьировать результат - будет ли приподнятое "плато" и приемлемые импульсные характеристики, или выбрать плоскую АЧХ с идеальным импульсным откликом.
Вид изначального акустического оформления (ЗЯ/ФИ/ПИ) не имеет значения, но важно, что объем АС должен быть заметно меньше, чем эквивалентный объем динамика. Логически это понятно, собственно эквивалентным объемом соизмеримыми с объемом АС и объяснялись мои отрицательные результаты на предыдущей странице. Важен не относительный объем камера, а малость суммарного камера+ящик, иначе при нужной добротности резонатора эффективность падает до несерьезных значений.

Прикинуть как это все выглядит можно просто вставив резонатор в АС с горбом на АЧХ и настроив частоту резонатора (при не очень большой добротности) так, чтоб пик на АЧХ разбивался на два примерно одинаковых по высоте. Затем снижая добротность сгладить неравномерность до получения нужной АЧХ.
При этом на импедансе должны остаться все те-же два горба (в ФИ/ПИ), а влияние резонатора должно сводится к размытию и ослаблению высокочастотного пика (в ЗЯ - единственного)..

Понятно, что настраивать АС таким образом малореально, но алгоритмы рассчета - позже.
Важно понимать, что чудес не бывает, и получить более глубокий бас от маленькой АС не поможет даже очень сильное колдунство. Все упирается в потери энергии на сжатие воздуха в маленьких АС.
Задача которая решается таким дополнительным резонатором:
а) избавится от бубнения и,
б) если есть желание, несколько повысить отдачу пары октав на частотах выше нижней рабочей, правда ценой некоторого увеличания ГВЗ и ухудшения (относительно идеального случая) импульсных характеристик.

[Flaesh]

имо 2 лишних действия в конструировании:
1. сделать криво
2. выравнивать это

[ViktKors]

имо 2 лишних действия в конструировании:
1. сделать криво
2. выравнивать это

Можно конечно и так сказать, только это уже софистика.
Все говорит о том, что резонатор Гельмгольца оказывается полезным в тех условиях когда собрать "нормально" вообще нереально (много есть небубнящих АС объемом 2 литра?).
То есть выбор прост: "сделать нормальные АС", "не слушать ничего", "слушать бубнилку" "слушать нормальный звук, просто без глубокого низа"
И что-то мне говорит о том, что ситуаций, где выбор резонатора предпочтительнее - пруд-пруди. Как пример, я почти уверен, что 70% населения форума слушают подобные "чудеса из 1 литра" по бокам от монитора и куда поставить нормальные АС просто не знают.

Помимо миниатюрных АС это, напрмер, еще и ИТУН с его пиком основного резонанса, и СЧ-дин (и возможность подстроить ему фазу внизу) в недостаточно большом боксе (а это практически 90% конструкций) и т.д..

Сложность настройки, бесспорно, присутствует, как и отстройка от "уплавания" параметров, но не хуже чем в том-же бандпассе..

Правда в таком виде как это пока получается (резонатор как механический, а не акустический фильтр), резонатор Гельмгольца - это не полосовой фильтр в составе АС, и им нельзя поправить например нежелательный горб от фильтра и "накачки" на 100 Гц в вышеупомянутой ветке, сколько-то эффективно он может работаь только с основным резонансом, но и это имхо немало.

[mAxSpace]

Fs-68.6 Vas-3.7 Qts-1.07
ПИ - дифф такого же динамика, но без магнита и центрирующей шайбы, дополнительно резонанс понижен до 40гц (в ящике) приклеиванием доп массы (к сожалению точно массу не вспомню 20...40гр)

[Nikolav]

просто вставив резонатор в АС с горбом на АЧХ и настроив частоту резонатора (при не очень большой добротности) так, чтоб пик на АЧХ разбивался на два примерно одинаковых по высоте. Затем снижая добротность сгладить неравномерность до получения нужной АЧХ.
При этом на импедансе должны остаться все те-же два горба (в ФИ/ПИ), а влияние резонатора должно сводится к размытию и ослаблению высокочастотного пика (в ЗЯ - единственного)..

Торнадо?

[ViktKors]

Offтопик:

Торнадо?

Тьфу-тьфу-тьфу, я надеялся на серьезное восприятие, хотя....
Но на самом деле тут никакого непонятного волшебства и магических рецептов или фраз типа "сравнять пики импеданса", "диаметр "сколько-то" от динамика", "гарантированый результат", "упругий/быстрый/охрененный бас" и т.п..
Исключительно инжинерный расчет, накакой эзотерики, да и "бас" никакой не исключительный, по идее, такой-же всегда можно получить и другими методами..

Fs-68.6 Vas-3.7 Qts-1.07
ПИ - дифф такого же динамика, но без магнита и центрирующей шайбы, дополнительно резонанс понижен до 40гц (в ящике) приклеиванием доп массы (к сожалению точно массу не вспомню 20...40гр)

Я попробовал, естественно точность условная - в частности, я забил на повышенные потери в ПИ на резонансе, на добротность самого ящика, на соотношение Qes и Qms динамика, на то, что при таком Vas и Fs пик в 2.7 литрах получается не на 135, а скорее на 105 Гц (хотя резонанс труба-камера режектора и впрямь оптимален на 135 Гц, правда режектор помещенный в ящик будет резонироварить уже на 157 Гц) и т.п. мелочи, и вот, что получается:

Это АЧХ, импеданс и импульсный отклик для просто ящика с ПИ, для резонатора с несколько неоптимальной добротностью (старался попасть в Ваши данные), и для оптимизированого - думаю там понятно, что к чему относится.

С теми данными по АЧХ и по импедансу, что были в ветке про Ваши АС все более-менее совпадает (На добротность нижнего пика импеданса можно не обращать внимания, условия для него я не задавал, да и на АЧХ нижний пик просто не виден - он за пределами отображаемой области). Причем, если принять другое соотношение механической и электрической добротностей (6 : 1.3 вместо 3.5 : 1.54) то и импеданс имеет куда более похожие вторые два пика и размах "пилы" на АЧХ (60-200Гц) практически идентичен измеренному.

Можно заметить, что импульсная характеристика хотя и не такая беспокойная как у безрезонаторного варианта, тем не менее, дает кучу послеколебаний, правда они довольно хаотичны (похожей картинки я ожидаю от и ТЛ) и в силу их более высокочастотного характера, такая АС хотя и не бубнит, но до мониторной ей далеко, скорее она красиво "подпевает/подкрашивает".

Вариант с втрое меньшей добротностью резонатора не дает третьего пика импеданса и его импульсная характеристика много спокойнее, я склонен полагать, что в реальности Ваша АС скорее реализует что-то среднее между тем, что было замерено (и представлено тут синим цветом) и "оптимизированым" вариантом (красное), например, немного поглотителя попало в трубу резонатора ..

[Flaesh]

..Можно конечно и так сказать, только это уже софистика.
.. я почти уверен, что 70% населения форума слушают подобные "чудеса из 1 литра" по бокам от монитора и куда поставить нормальные АС просто не знают..

может быть.. может быть, я не очень близок к народу..
но вот такое

Fs-68.6 Vas-3.7 Qts-1.07..

мне кажется перебором.. ужель невозможно использовать нормалные динамики?..
или совсем места нет?

[mAxSpace]

мне кажется перебором.. ужель невозможно использовать нормалные динамики?..
или совсем места нет?

Конечно можно, в рамках проекта с минуовым бюджетом нафиг это нужно, к томе же это не столько попытка сделать хорошую акустику сколько вызов законам физики - спортивный интерес. Давайте не будем обсуждать зачем это ? - это нужно быдо слелать именно на тех динамиках и именно в этом корпусе и точка, из хороших динамиков и в больших корпусах у меня есть несколько других пар колонок, если уж на то пошло.

[Flaesh]

ok, не будем)) пусть ради спортивного вызова - вполне нормальная мотивация (если хочется)

---------- Добавлено в 20:30 ---------- Предыдущее сообщение в 20:27 ----------

Offтопик:
другое дело - кто-нибудь будет гельмгольцизировать с иной мотивацией..

[ViktKors]

oдругое дело - кто-нибудь будет гельмгольцизировать с иной мотивацией

Мотиваций - масса, от динамиков в дверях автомобилей, до СЧ-боксов, тот-же основной резонанс динамиков ИТУНАх, "настольные" АС и т.д.
Важно заметить, что в отличие от демпфирования отрицательным сопротивлением (а для заниженного малого объема ничего токово работающего имхо больше и нет..) нет зависимости демпфирования от нелинейного Bl, и соответствующего ухудшения искажений..

Кстати, можно это рассмативать и под таким углом: горлышко резонатора - фильтр, через него не прозодят ВЧ.
Вот и получается, что на частотах 200-300 Гц АС состоит как-бы только из основной камеры, если она маленькая - может иметь место подъем АЧХ.
На самых низких частотах горлышко резонатора "прозрачно" - динамик "чувствует" весь объем - основной+резонатор. В большом объеме и резонирует на более низкой частоте.
А на промежуточных частотах появляются как-бы "промежуточные" объемы. В итоге везде есть резонансный подъем, но нигде нет той конкретной частоты на которой могло-бы "бубнеть".

[vladimir_ar]

тот-же основной резонанс динамиков ИТУНАх

Не имея идеально точной методики расчета и конструирования Вы на одном образце напилите гору материалов. А фильтрами это делается за 5-10 минут.

[ViktKors]

Не имея идеально точной методики расчета и конструирования Вы на одном образце напилите гору материалов. А фильтрами это делается за 5-10 минут.

Ну что значит "идеально" ?? ненамного точнее чем в ФИ.
И почему "не имея"?? Все есть давно - LPScad (так оно называется?), да или любой симулятор или просто листочек и карандаш все рассчитает, ну может кроме добротности; добротность подобрать (можно сечением дырок - я показывал как считать, можно тканью, как в ПАС) - 15 минут.
Про фильтры говорили неоднократно: пассивными - дорого (а если в машину, что четыре штуки - ао одному в каждую дверь?), активными - дешевле, но как быть если основной резонанс ИТУНа (пусть и с режектором на входе) будет раскачан своими-же нелинейностиями широкополосника (а их на НЧ - масса) или например резонанс СЧ дина раскачается гармониками низкочастотника? Вы много видели ИТУНов с провалом выходного сопротивления на резонансе дина для электрического демпфирования? И потом, что, электрические фильтры не нужно "идеально" подстаривать??

Кстати, если вы не заметили, резонатор - не "акустический" фильтр, сколько "механический". Он не борется со звуковой волной, он посредством давления демпфирует диффузор. То есть "акустический" он только в той мере, в какой колбания этого диффузора излучают звук. Соответственно и настройка - просто настройка механической системы.

Да и вообще, мне оно надо, проводить рекламную кампанию? Самому мне было непонятно работоспособно-ли это вообще, ни одной конструктивной мысли кроме счастливо удавшейся конструкции mAxSpace я не услышал. Для себя разобрался, за помощь - спасибо, результаты выложил. Если кто заинтересуется - информацию я дал, кому надо - найдет, кому сильно надо - спросит в личке, могу теперь и заткнуться. мне что бизнес на такой фигне делать что-ли?