Материалы для корпусов акустических систем

Материалы для корпусов акустических систем

Вопрос выбора материала для изготовления корпуса акустической системы возникает одним из первых как у новичков, так и у опытных людей. И это не удивительно, ведь как минимум 50% качества звучания готового проекта зависят только от правильного изготовления корпуса. Создать обсуждение статьи на форуме

Автор: MetalHeart

Перекопав кучу литературы, статей и пробороздив по просторам мультиязычного Интернета, толкового ответа я так и не нашел. В книгах и статьях, как правило, дается приближенная оценка результатов без конкретных аргументаций и твердых выводов. Любое же обсуждение этого вопроса на форумах приводит к многостраничным перепалкам среди участников, опять же без аргументов и результатов, позволяющих таки определиться с выбором. И как-то совершенно неожиданно на просторах нидерландской сети я обнаружил отличную и уникальную в своем роде статью по теме. Тут было все – измерения, графики, подробные комментарии и заключения от автора. Чтож.. нидерландским владеют не многие, но было бы очень неплохо, чтобы и русскоговорящие умельцы смогли, наконец, получить исчерпывающий ответ на такой важный и непростой вопрос. Я взялся за перевод.

 

Введение

Для создания хороших акустических систем (АС) прежде всего необходим хороший корпус. Корпус АС обеспечивает необходимое сосредоточивание (направленность) акустической энергии. В идеальном случае корпус АС должен быть абсолютно жестким и не подвергаться воздействию акустической энергии. Чаще всего материалом корпусов является древесина. Также применяются и другие материалы, такие как пластик, алюминий, камень и бетон. Большое количество АС имеют проблемы в звучании связанные с тем, что их корпуса придают свою собственную окраску звуку, так как сами излучают почти столько же звуковых волн, сколько и сама динамическая головка. Этот эффект проявляется на определенных частотах и четко себя выдает. Что же происходит на самом деле?

 

Что же происходит на самом деле?

Динамическая головка (ДГ), установленная в корпусе АС вибрирует в такт входному сигналу, поступающему с усилителя мощности. Эти колебания передаются через ее корзину ДГ на корпус АС и приводят к вибрации всей конструкции в целом. Другой путь передачи вибрации обусловлен быстрым сжатием и расширением воздуха внутри корпуса АС в такт хода диффузора ДГ (эффект поршня). Эти колебания очень малы по амплитуде, и их трудно обнаружить визуально или потрогав корпус рукой. В идеальном случае ДГ не имеет контакта с корпусом АС и не оказывает акустического давления на стенки ящика - акустическая система звучит, как отдельно взятая ДГ. На практике это, конечно же, недостижимо и важнейшую роль в звучании АС играет материал и конструкция их корпусов. Этот вопрос волнует меня, как и любого другого производителя качественных АС прежде всего. И чтобы иметь возможность выбирать лучший материал для постройки АС я произвел их экспериментальное исследование.

 

Методика измерений

Как же протестировать широкий набор материалов?

Для измерения создана специальная методика. Был сконструирован корпус (типа закрытый ящик с утопленным заподлицо динамиком) из 18мм МДФ, укрепленного 32мм слоем бетона. Вес готового корпуса тестового ящика составил 105кг.

Толщина всех исследуемых панелей тоньше, чем стены экспериментального ящика, таким образом, в конструкции формируется самое слабое звено для измерений.

Фронтальная часть тестового ящика имеет рамку под установку в нее исследуемых панелей.

Для возможности проведения измерений панелей с ребрами жесткости, в центре проема под тестовую панель установлено съемное ребро.

 

Описание методики

Сначала необходимо найти место для проведения контрольных измерений.

Контрольное измерение проводится без установки тестовой панели в экспериментальный корпус.

Второе измерение проводится так же, но с установленной тестовой панелью и мы видим разницу в спектрах, как показано на рисунке 1.

Если во втором измерении мы не производим никаких изменений, то соответственно никакой разницы между спектрограммами мы не должны увидеть.

Измеренное различие заключается в уменьшении звукового давления тестовой панелью.

То есть в идеальном случае (идеальный материал для корпуса АС) во втором измерении (с установленной панелью) мы не должны увидеть каких-либо всплесков частот на спектрограмме (подобно тому, что на рисунке 2). 

Чтобы исключить влияние уровня окружающего шума, проводилось измерение последнего на более высокой чувствительности системы (рисунки 2, 3).

 

Результаты измерений

Во всех случаях использовались одинаковые настройки.

Для того чтобы исключить возможное влияние пространства, измерения проводились на малом расстоянии (17,5см) напротив центра тестовой панели.

Измерительная система: Daas 32

частота дискретизации 2kHz - 6kHz

уровень -14dB

3D спад, динамический диапазон +5/-35dB

 

 

Часть первая

1. Базовое измерение 2. Уровень шума 3. Уровень шума -70dB 4. 10мм ДСП 5. 18мм ДСП 6. 18мм МДФ 7. 18мм фанера меранти 8. 18мм березовая фанера 9. 18мм МДФ с ребрами жесткости 10. 18мм березовая фанера с ребрами жесткости 11. "Сэндвич" ДСП + березовая фанера 12. "Сэндвич" ДСП + МДФ 13. "Сэндвич" ДСП + березовая фанера + пена 14. 18мм МДФ + 20мм бетон     15. 18мм МДФ + 20мм бетон + ребра жесткости 16. 18мм МДФ + бетон + ребра жесткости + 80мм стекловаты

 

Часть вторая
17. 80мм стекловата	18. Березовый массив с ребрами жесткости + 80мм cтекловата
19. 18мм МДФ + 10мм минеральная вата	20. 30мм твердого дерева без ребер жесткости
21. 18мм МДФ + 7мм изомат без ребер жесткости	22. "Сэндвич" 18мм березовый массив + 7мм изомат + 18мм МДФ + ребра жесткости
23. 18мм МДФ + 11мм изомат без ребер жесткости	24. 18мм МДФ + 11мм изомат с ребрами жесткости
25. "Сэндвич" береза + 11мм изомат + 18мм МДФ	26. "Сэндвич" береза + 11мм изомат + 18мм МДФ с ребрами жесткости
27. "Сэндвич" твердое дерево + 11мм изомат + 18мм МДФ с ребрами жесткости	28. "Сэндвич" береза + 11мм изомат + 18мм МДФ с ребрами жесткости + 80мм стекловата

 

Базовое измерение

Два одинаковых базовых измерения, которые показывают между собой нулевую разницу. На практике это не совсем возможно, потому что небольшие колебания в звуковом давлении от ДГ присутствуют всегда. Эта разница очень мала, но она есть.

 

Уровень окружающего шума

Во втором измерении, тест на отсутствие сигнала пройден. Здесь был измерен уровень окружающего шума, с такой же чувствительностью, как и во всех других измерениях.

 

Мм ДСП

Наблюдается сильный резонанс на 140Hz силой в + 4 дБ, что практически сравнимо со звуковым давлением ДГ. Второй и третий резонансы на 350 и 600 Гц с более долгим временем затухания. И последний резонанс лежит в области 1200Hz.

 

Мм ДСП

Для толстого листа ДСП, первый резонанс поднимается до 175 Гц, второй находится в области 500 Гц и почти сливается с третьим на 580 Гц.

Первый резонанс, по сравнению с 10мм листом ДСП несколько уменьшен, но резонанс на 580 Гц сильнее. Более высокочастотные резонансы на 820 и 1200 Гц так же немного усиливаются.

 

Мм МДФ

Эта спектрограмма полностью идентична 18 мм ДСП. Все резонансы на тех же частотах и имеют одинаковую силу.

 

Мм фанера Меранти

Фанера Меранти имеет примерно те же резонансы, как ДСП и МДФ. Первый резонанс смещается со 175 Гц до 205 Гц и имеет большее время затухания. Резонанс на 580 Гц зашкаливает за уровень +5dB и также затухает медленнее. Результаты измерений показали, что этот материал мало пригоден для качественных конструкций и не представляет интереса для дальнейших измерений.

 

Мм березовая фанера

Эту спектрограмму стоит рассмотреть подробнее.

Первый резонанс сдвигается выше к 230 Гц и он слабее, чем у фанеры Меранти. Второй вернулся на 580 Гц, и увеличился до +10 дБ.

Резонансы в области 850 и 1200 Гц уменьшились до -6 дБ.

Так же появились резонансы от 1930 до 1990 Гц с быстрым затуханием до -35 дБ. Резонансы ниже 20Гц демпфируются меньше, чем у ДСП или МДФ и имеют уровень от -15 до -25дБ.

 

Мм МДФ с ребрами жесткости

Первый резонанс практически исчез, по сравнению с неукрепленным МДФ.

Сила резонанса на 175 Гц упала с -2 до-30 дБ. Добавился новый резонанс на 300 Гц -10 дБ. Сильный резонанс на 580 Гц, достигавший +7 дБ для неукрепленной панели теперь, уменьшился до уровня -7 дБ. Остальные резонансы не изменились, и добавился еще один на 980 Гц, который слабее, чем другие, но имеет большее время затухания.

 

Заключение (по первой части)

В процессе измерений постоянно контролировалась тенденция улучшения/ухудшения результатов. Если результат с новым материалом оказывался хуже предыдущего, то экспериментов с ним дальше не проводилось.

Толщина панели оказывает большое влияние на уровень резонансов и их затухания - чем толще панель, тем быстрее происходит затухание.

Первый резонанс уменьшается всегда за счет увеличения толщины и веса панели.

Изоляция пластин эластичной прослойкой (пена) оказывает отрицательное воздействие на общую картину резонансов. Поэтому я не стал продолжать с резиной и другими эластичными материалами в качестве прослойки.

„Сэндвич“ панели во всех случаях оказались лучше, чем материалы, из которых они были сделаны по отдельности.

Ребра жесткости, расположенные в центре тестовой панели оказывают существенное влияние на уменьшение первого резонанса.

Панели с конструкцией «сэндвич» с укреплением ребрами жесткости в итоге дают наилучшие результаты.

Превосходный результат дает применение ребер жесткости в сочетании с бетоном. Весь спектр частот, кроме области высоких заслуживает высокой оценки.

Демпфирование с целью снижения резонансов на высоких частотах позволяет подавить все резонансы до уровня не более -35 дБ.

На практике все эти мероприятия позволяют получить невероятно открытый без призвуков звук. Это можно хорошо заметить во всех паузах и перерывах сигнала.

 

Материалы для корпусов акустических систем

Вопрос выбора материала для изготовления корпуса акустической системы возникает одним из первых как у новичков, так и у опытных людей. И это не удивительно, ведь как минимум 50% качества звучания готового проекта зависят только от правильного изготовления корпуса. Создать обсуждение статьи на форуме

Автор: MetalHeart

Перекопав кучу литературы, статей и пробороздив по просторам мультиязычного Интернета, толкового ответа я так и не нашел. В книгах и статьях, как правило, дается приближенная оценка результатов без конкретных аргументаций и твердых выводов. Любое же обсуждение этого вопроса на форумах приводит к многостраничным перепалкам среди участников, опять же без аргументов и результатов, позволяющих таки определиться с выбором. И как-то совершенно неожиданно на просторах нидерландской сети я обнаружил отличную и уникальную в своем роде статью по теме. Тут было все – измерения, графики, подробные комментарии и заключения от автора. Чтож.. нидерландским владеют не многие, но было бы очень неплохо, чтобы и русскоговорящие умельцы смогли, наконец, получить исчерпывающий ответ на такой важный и непростой вопрос. Я взялся за перевод.

 

Введение

Для создания хороших акустических систем (АС) прежде всего необходим хороший корпус. Корпус АС обеспечивает необходимое сосредоточивание (направленность) акустической энергии. В идеальном случае корпус АС должен быть абсолютно жестким и не подвергаться воздействию акустической энергии. Чаще всего материалом корпусов является древесина. Также применяются и другие материалы, такие как пластик, алюминий, камень и бетон. Большое количество АС имеют проблемы в звучании связанные с тем, что их корпуса придают свою собственную окраску звуку, так как сами излучают почти столько же звуковых волн, сколько и сама динамическая головка. Этот эффект проявляется на определенных частотах и четко себя выдает. Что же происходит на самом деле?