Needle: легендарная узкая широкополосная колонна — расчёт и измерение

Needle — одна из самых известных самодельных широкополосных колонок: узкая колонна с единственным 10-сантиметровым динамиком, которая звучит удивительно масштабно. Я собрал такую, и в Loudsmith она есть в виде готового шаблона. В этой статье сравнивается то, что говорит исходный проект, что рассчитывает Loudsmith и что показывает измерение.

Needle вкратце

• Динамик: Dayton Audio RS100-4, 4" широкополосный, 4 Ω
• Корпус: TQWT, линия с растущим сечением
• Размеры: 160 × 950 × 196 mm (Ш × В × Г)
• Линия: длина 1 746 mm, 46 → 130 cm²
• Выход: 25 × 110 mm спереди, внизу
• Коррекция: 2,7 Ω ∥ 0,18 mH ∥ 22 µF последовательно с динамиком

Откуда взялась Needle

Исходный проект нарисовал самодельщик под ником Cyburgs и выложил его на Hifi-Forum в виде простого эскиза. Needle не создавалась под какой-то конкретный динамик и быстро разошлась среди домашних конструкторов. Udo Wohlgemuth из Acoustic Design Magazin попросил у автора разрешения и переработал её под Dayton RS100. Обновлённая инструкция по сборке вышла в июле 2017 года под названием «Needle aufgewärmt».

Почему Dayton: у маленьких широкополосников резонанс обычно намного выше 100 Hz. У RS100 он около 75 Hz, почти на 40 Hz ниже, чем у динамиков исходной Needle. Автор выбрал 4-омную версию, потому что на том же усилителе она играет примерно на 3 dB громче 8-омной.

Как работает линия TQWT

TQWT, сужающаяся четвертьволновая труба, родственна трансмиссионной линии, но подчиняется другим правилам:

• У закрытого конца её сечение примерно равно площади диффузора, а к выходу оно расширяется в два-три раза.
• Её длина равна четверти длины волны частоты настройки.
• Динамик стоит на расстоянии от трети до половины длины от закрытого конца.
• Выход меньше, примерно половина площади диффузора.

Идея восходит к Паулю Фойгту (Paul Voigt) и 1934 году, поэтому такую конструкцию называют ещё трубой Фойгта. В Needle линия сложена посередине наклонной перегородкой, которая идёт от 42 mm за передней панелью внизу до 86 mm вверху. Боковины, крышка и дно — из MDF 25 mm, передняя и задняя панели — 12 mm. Демпфирование — одна полоса полиэфирного синтепона шириной 10 cm, уложенная в линию без складывания.

Корректирующая цепь

У RS100-4 немного повышен уровень между 400 и 5 000 Hz, а узкая передняя панель усиливает это ещё больше. Корректирующая цепь — резистор 2,7 Ω, катушка 0,18 mH и конденсатор 22 µF, соединённые параллельно и включённые последовательно с динамиком, — усмиряет этот горб около 2,5 kHz. Номиналы взяты из оригинального набора. Пик на 18 kHz автор намеренно оставил без изменений.

Что рассчитывает Loudsmith

Модель показывает типичный маленький широкополосник: бас спадает плавно, на 6 dB около 65 Hz, а линия тянет его ещё ниже, только слабее. На 50 Hz колонка выдаёт не больше примерно 80 dB, прежде чем исчерпает ход 4 mm. На 150 Hz она даёт 96 dB. Этого с запасом хватает для прослушивания вблизи в гостиной, но не для вечеринки.

Импеданс — лучшая проверка модели линии, потому что его формирует весь корпус. В исходной статье приведён измеренный импеданс готовой Needle, и сравнение с расчётом выглядит так:

Частота	Измерено (ADW)	Loudsmith
80 Hz	12,2 Ω	12,0 Ω
500 Hz	3,9 Ω	3,7 Ω
2,5 kHz	6,5 Ω	6,6 Ω
20 kHz	9,9 Ω	10,0 Ω

Совпадение в пределах 0,2 Ω означает, что модель верно описывает и линию, и коррекцию. Это сравнение входит в автоматические тесты Loudsmith.

Измерение готовой колонки

Свою Needle я измерю измерительным микрофоном UMIK-1 на странице измерения колонки: в дальнем поле — середину и верх, в ближнем поле у диффузора и у выхода линии — бас. Измеренная кривая появится здесь рядом с расчётом, чтобы вы могли увидеть, где модель совпадает, а где нет.

Измерение в процессе. Я обновлю статью, как только оно будет готово.

Соберите её сами

Needle — готовый шаблон в приложении: в конструкторе выберите Needle в разделе «Начать с шаблона». Вы получите размеры, чертёж с перегородкой, коррекцию и список покупок. Чертежи автора и набор смотрите в оригинальной статье Acoustic Design Magazin.