← Vissza a blogra

Számítások

Hangfaldoboz-számítások lépésről lépésre: képletek példával

· 10 perc olvasás

Minden hangfalszimulátor mögött néhány képlet áll, amelyeket egy zsebszámológéppel is végig lehet számolni. Érdemes ismerni őket: azonnal látszik, van-e értelme egy tervnek, és érthető, miért javasol az alkalmazás egy adott dobozt. Mindent egyetlen valódi hangszórón számolunk ki, a Tang Band W5-1138SMF mélysugárzón az építési naplómból.

1. A szükséges paraméterek

A Thiele-Small paramétereket vedd a katalógusból vagy mérésből:

ParaméterJelentésW5-1138SMF
fsszabad téri rezonancia45 Hz
Qms, Qesmechanikai és elektromos jósági tényező3,56 és 0,57
Vasa felfüggesztéssel azonos merevségű levegőtérfogat4,81 l
Sdeffektív membránfelület94 cm²
Xmaxlineáris kitérés, egy irányba9,25 mm
Rea lengőtekercs egyenáramú ellenállása3,4 Ω

A teljes jósági tényező Qts = Qms · Qes / (Qms + Qes), itt 3,56 · 0,57 / 4,13 = 0,49. A kiszorított térfogat Vd = Sd · Xmax = 94 cm² · 0,925 cm = 87 cm³. Ennyi levegőt mozgat meg a membrán teljes kitérésnél, és ez határozza meg, milyen hangosan tud szólni a hangszóró a mélyben.

Durva szabály: 0,4 alatti Qts basszreflexhez illik, 0,4 és 0,7 között zárt dobozhoz és basszreflexhez is, 0,7 felett zárt dobozhoz vagy nyitott előlaphoz. Ez iránymutatás, nem törvény.

2. Zárt doboz

A dobozban lévő levegő merevséget ad a membránhoz. Az engedékenységi arány α = Vas / Vb, és ebből:

  • Qtc = Qts · √(α + 1), a jósági tényező a dobozban,
  • fc = fs · √(α + 1), a rezonancia a dobozban,
  • és fordítva, a szükséges térfogat: Vb = Vas / ((Qtc / Qts)² − 1).

Mélysugárzónkra különböző cél-Qtc értékeknél:

QtcTérfogat Vbfc−3 dB pontJelleg
0,57712,7 l53 Hz67 Hzlágy levágás, legjobb tranziensek
0,7074,5 l65 Hz65 HzButterworth, a legegyenletesebb átvitel
0,82,9 l73 Hz66 Hzenyhe púp, „teltebb” basszus
1,01,5 l92 Hz72 Hz+1,2 dB púp, dübörgőbb basszus

Érdekes, hogy a háromszor nagyobb doboz (4,5 l helyett 12,7 l) nem szól mélyebben, csak lágyabban vág le. Szobában ez előny lehet: a szoba 50 Hz alatt megemeli a basszust, és ehhez a lágy levágás jól illeszkedik. A csillapítóanyag nagyjából 15–25 %-kal növeli az „akusztikus” térfogatot, így a kitömött doboz úgy viselkedik, mintha kicsit nagyobb lenne.

3. Basszreflex

A reflexcső a dobozban lévő levegővel együtt Helmholtz-rezonátort alkot. Ennek hangolása

fb = c / (2π) · √(Sp / (Vb · Leff)),

ahol Sp a cső keresztmetszete, Leff a hossza a végkorrekcióval együtt, c = 343 m/s. A gyakorlatban olyan alakot használnak, amely közvetlenül a cső hosszát adja:

Lv = 23 562,5 · D² · N / (fb² · Vb) − 0,732 · D (Lv és D cm-ben, Vb literben, N a csövek száma).

Egy 43 Hz-re hangolt 9,5 literes dobozra ez adódik:

CsőHosszLégsebesség*Csőrezonancia
1 × 50 mm29,9 cm12 m/skb. 570 Hz
1 × 40 mm18,5 cm19 m/skb. 930 Hz
2 × 25 mm14,9 cm24 m/skb. 1 150 Hz

* Legrosszabb esetre szóló becslés: v ≈ 2π · fb · Vd / Sp, a membrán teljes kiszorított térfogata a csövön átpréselve. A biztonságos határ kb. 17 m/s, vagyis a hangsebesség 5 %-a. E felett a cső nagyobb hangerőn fújtat és sziszeg.

Itt látszik a kis doboz klasszikus dilemmája: a széles, csendes cső majdnem 30 cm hosszú, és egy 286 mm mély dobozba még hajlítva sem fér be. A keskeny csövek beférnek, de fújtatni fognak. A cső saját rezonanciája, nagyjából c / (2 · L), ráadásul a membránon át a középtartományba is beszűrődik. Ezért használtam ebben a hangfalban passzív sugárzót.

4. Passzív sugárzó

A passzív sugárzó mágnes nélküli membrán, amely a reflexcsőben lévő levegőt helyettesíti. Hangolását a tömege határozza meg: minél nehezebb, annál alacsonyabb az fb. Két szabály:

  • A passzív sugárzó kiszorított térfogata legalább 1,5–2-szerese legyen a mélysugárzóénak. Az SB15SFCR-00 196 cm³-t tud a mélysugárzó 87 cm³-ével szemben, ez 2,25-szörös.
  • Az fb alatt az átvitel meredekebben esik, mint reflexcsővel, és közvetlenül az fb alatt a passzív sugárzónak saját rezonanciája van, amely bemélyedést okoz. A hangolása alatt a hangfal ezért élesebben „vágja le” a basszust.

Az előnyök: nincs áramlási zaj és csőrezonancia, a hangolás pedig súlyok hozzáadásával finomhangolható.

5. Negyedhullámú tápvonal (TQWT, TL)

Az egyik végén zárt, a másikon nyitott tápvonal akkor rezonál, ha hossza a hullámhossz negyede:

f ≈ c / (4 · L)

A Needle tápvonala 1 746 mm hosszú, így 343 / (4 · 1,746) = 49 Hz. A tényleges hangolást kissé eltolja a szűkülés, a hangszóró helyzete a tápvonal mentén és a nyílás. Ezeket a hatásokat Martin J. King pontosan leírta tápvonal-modelljeiben. A Loudsmith szakaszonként számolja a tápvonalat, csillapítással együtt, és 0,2 Ω-on belül egyezik az ADW impedanciamérésével.

6. Baffle step

Alacsony frekvencián a hangszóró minden irányba sugároz, magas frekvencián csak előre. Az átmenet nagyjából itt van:

f3 ≈ 115 / W (W az előlap szélessége méterben)

és alatta a szint akár 6 dB-lel esik. Egy 190 mm-es előlapnál ez kb. 605 Hz, a keskeny Needle-nél (160 mm) kb. 720 Hz. Fal közelében a veszteség kisebb, ezért a hangváltóban általában csak 2–4 dB-lel kompenzálják. Magán a lépcsőn kívül a hullám a peremekről is visszaverődik, és hullámosságot okoz a közép- és magastartományban. A lekerekített élek és a nem középre helyezett magassugárzó csökkentik.

7. Érzékenység a paraméterekből és Hoffman törvénye

A referencia-hatásfok közvetlenül a paraméterekből adódik:

η₀ = 4π² / c³ · fs³ · Vas / Qes, az érzékenység pedig SPL = 112,1 + 10 · log₁₀(η₀) dB/1 W/1 m.

A W5-1138SMF-re: η₀ = 0,075 %, ami 80,9 dB/1 W. 2,83 V-nál 3,4 Ω-on a hangszóró 2,35 W-ot kap, ami 3,7 dB-t ad hozzá, így 84,6 dB jön ki. A gyártó 85 dB-t ad meg, tehát a számítás stimmel.

A képletből látszik Hoffman „vastörvénye”: nem lehet egyszerre alacsony fs, kis doboz és magas érzékenység. A nagy löketű, alacsony rezonanciájú mélysugárzó kis dobozban mindig érzékenységgel fizet.

Amit a Loudsmith hozzátesz

A fenti képletek első közelítést adnak, és egy terv ellenőrzésére tökéletesen megfelelnek. Az alkalmazás tovább megy:

  • A teljes elektroakusztikus áramkört számolja a doboz veszteségeivel, a csillapítással és a lengőtekercs induktivitásával, így az impedanciát is.
  • Akár nyolc doboztípust hasonlít össze egyszerre, köztük a transmission line-t, a TQWT-t, az ML-TL-t és a nyitott előlapot.
  • Valós teljesítménynél ellenőrzi a membránkitérést, a reflexcső légsebességét és a basszus késleltetését, nem csak a hangolási frekvencián.
  • A doboz méreteiből és a hangszórók helyzetéből becsli a baffle stepet és a peremekről érkező reflexiókat.
  • Megvásárolható csövekből választ reflexcsövet, és ellenőrzi, hogy befér-e.
  • Végül megmutatja, hogyan fog viselkedni a hangfal a szobádban.

További olvasnivaló

Ingyenes eszközök: Szobatervező · Hangfalmérés