АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ЩЕЛЕВЫМ НАСТРАИВАЕМЫМ РЕЗОНАТОРОМ ГЕЛЬМГОЛЬЦА
ACOUSTIC SYSTEM WITH SLOTTED ADJUSTABLE HELMHOLTZ RESONATOR

Изобретение относится к области акустики. Конструкция корпуса позволяет использовать высококачественные широкополосные динамики с высокой полной добротностью (Qts≥1) в акустическом оформлении «закрытый ящик». Большинство из этих громкоговорителей разрабатывались для открытого оформления, которое имеет свои недостатки, связанные с излучением тыльной стороной диффузора. Использование такого динамика в закрытом корпусе разумного (с точки зрения эстетики и размеров помещения для прослушивания) объема приводит к отрицательным результатам - подъему Fs и усилению резонанса. Попытки разработчиков акустического, электрического и электроакустического демпфирования этих неприятных резонансных явлений приводят к определенным успехам. К таковым можно отнести заполнение внутреннего объема ящика различными звукопоглощающими материалами, использование панели акустического сопротивления, снижение выходного сопротивления усилителя (вплоть до отрицательного значения) и т.д. Предпочтение акустического демпфирования более выражено в среде «любителей высокой верности звучания», желающих использовать в своем звуковом тракте ламповые усилители, имеющие обычно низкий коэффициент демпфирования. Замечательное свойство резонатора Гельмгольца поглощать энергию паразитных колебаний диффузора на частоте резонанса ранее использовалось разработчиками акустических систем. Известные колонки от радиолы «Симфония»*, которые не имели характерного для многих современных колонок «бубнения» и низкочастотного гула, а имели «хлесткий и быстрый» бас. Но у них не было возможности индивидуальной настройки каждого изделия, как «уникального музыкального инструмента», после сборки. Такая функция конструкцией не предусматривалась. По-видимому в этом не было особой необходимости в условиях массового производства и запросов того времени. Современные требования к качеству звучания акустических систем возросли. Представляет интерес возможность точной настройки резонатора, встроенного в замкнутый объем корпуса после окончательной сборки колонки под конкретный динамик (имеющих на практике значительный разброс Qts и Fs), с возможностью получения гладкой и безгорбой амплитудно-частотной характеристики. Так же представляет интерес возможность использования в колонке типа закрытый ящик высокодобротного широкополосного динамика с Qts≥1.
Формула для расчета частоты собственных колебаний резонатора Гельмгольца , где
v - скорость звука в воздухе, S - площадь горловины, V - объем резонансной камеры, L - длина горловины.
Из формулы следует, что изменением площади поперечного сечения горловины резонатора (S) можно изменять собственную частоту резонатора (F). Конструкция колонки предусматривает возможность плавного изменения ширины (b) горловины (щели) при закрытой задней крышке с помощью винта (1), головка которого расположена снаружи на передней стенке корпуса. Конструктивно колонка представляет собой закрытый ящик объемом 50 л, разделенный на две камеры перегородкой. Нижняя камера (2)- резонатор Гельмгольца - объемом \/=15 л. Перегородка состоит из двух плит ДСП. Неподвижная перегородка (3) служит для разделения объема на две камеры и для придания большей жесткости боковым стенкам. Подвижная перегородка (4), толщиной 16 мм (L-длина горловины), служит для регулирования частоты собственного резонанса резонатора.
Щель, образованная между подвижной плитой (перегородкой) и задней стенкой представляет собой горловину резонатора (5). Для уменьшения добротности резонатора, которая оказалась, на практике, очень высокой, горловина резонатора заполняется валиком рыхлого синтепона. Количество синтепона определилось экспериментально по результатам измерения АЧХ и приданием ей наиболее гладкой и «безгорбой» формы. Размеры резонатора вычислялись и корректировались экспериментально.
Для увеличения жесткости корпуса стенки-«сэндвичи» склеены из двух плит ДСП толщиной 16 мм. Для устранения стоячих волн внутри корпуса противоположные стенки (верхняя и нижняя, передняя и задняя) расположены под углом относительно друг-друга.
Краткое описание чертежей.
Рис. 1. Конструкция акустической системы с щелевым настраиваемым резонатором Гельмгольца.
Рис. 2. Вид спереди. Под декоративным «шилдиком» (6) находится головка регулировочного винта
Рис. 3. Подвижная перегородка (4). Регулировочный винт (1). Синтепон в горловине резонатора (7).
Рис. 4. Зависимость импеданса динамика от площади горловины щелевого резонатора. От полностью закрытого до открытого состояния. Настройка частоты резонатора несколько выше частоты резонанса динамика в ящике позволяет добиться подъема АЧХ ниже Fs динамика.
Рис. 5. Влияние синтепона на импеданс динамика.
Рис. 6. АЧХ колонки (ВЧ излучатель-отключен). Широкополосный динамик Boston-HQ48414P (Fs=100,9Hz, Qts=1,225(!)).
*В.И. Дерябин, В.Г. Пониманский. Стереофонические ламповые радиолы высшего класса. ТРЗ вып. 82. М., Связь, 1975.