Перейти к публикации

Добро пожаловать на форумы АудиоПортала

Ясный Сокол

Уменьшение размера рупоров

Рекомендованные сообщения

Добрый день.

 

НИжняя критическая частота экспоненциального рупора, S=So*exp(beta*x),

пропорциональна скорости звука:

w_c=beta*c/2.

Это ограничивает раскры рупора beta, из-за чего рупор становится слишком длинным. Например, 60 герцовый рупор c горлом 30 х 30 см выходит примерно устьем 1.5 х 1.5 метра и длиной примерно 1.5 м. Это соответсувет значению

beta=ln(22500/900)/1.5=2.14

 

Если ограничить размеры рупора как 0.75 х 0.75 м (устье) и длину 0.75 м, то получим бОльшую частоту с Beta = 2.44.

 

Кроме того, меньшее устье создает бОльшее акустическое сопротивление на выходе рупора, из-за чего волна отражается назад от устья к горлу, что дает резонансные пики и минимумы на АЧХ.

 

Скорость звука в среде равна с=Корень(1/(rho*b)), b - адиабатическая сжимаемость, rho - плотность. Чем больше плотность при той же сжимаемости среды, тем меньше скорость звука, длина волны, и размер рупора.

 

Если заполнить рупор внутри тяжелым газом (взесью легких частиц, капель), а на выходе натянуть тонкую пленочку, то скорость звука внутри будет меньше, и рупор потребуется по размерам меньше.

 

Большой размер рупора - свойство высокой скорости звука в упругой среде.

 

Рупор преобразует высокую колебательную скорость на входе в низкую колебательную скорость на выходе, которая соответствует требуемой скорости частиц в звуковой волне на заданной частоте, то есть согласует высокий акустич. импеданс на входе с низким импедансом воздуха.

 

Но для такого согласования совершенно необязательно, чтобы упругая среда была воздухом. Это может быть произвольная среда, имеющая упругость и массу, то есть обладающая свойством для распространения волн. Например. другой газ, вспененная резина, смесь газа с пылью.

 

Даже набор пластин с увеличивающейся по координате массой (например, за счет большей площади), соединенных между собой пружинками, тоже будет похож на "рупор". Неплохо было бы преобразовать выброплату (акустич. оформление Торнадо) в сендвич из плат, соединненных между собой через упругие прокладки, и с увеличивающейся по "рупорному раскрыву" площадью!

 

Но проще всего внутри рупора натянуть много поперечных перегородок из более тяжелого чем воздух материала, не создающего сопротивления при поперечном перемещении кроме собственной инерции, например, плотной ткани.

 

Эскп. рупор c Smin=30х30 кв.см. до Smax= 75х 75 кв.cм длиной 0.75 м имеет внутренний объем V=(Smax-Smin)/beta=0.19 куб.м, и массу воздуха внутри 0.19*1.26=0.24 кГ=240 грамм. Чтобы получить вдвое меньшую скорость звука, мы должны увеличить массу упругой среды в 4 раза. То есть добавить 3*240=720 грамм ткани. Критическая частота рупора уменьшится вдвое, а упругость среды "воздух-ткань" останется примерно той же, и будет определятся упругостью воздуха между слоями ткани.

 

Помимо этого ткань добавит небольшие потери, что может улучшить спад АЧХ на СЧ_ВЧ, для согласования НЧ рупора с СЧ излучателем без электрических фильтров.

horn.GIF

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

привет, Леша!

Небольшой прямой рупор можно сделать разборным из слоев как торт наполеон, которые стягиваются в сумме продольными шпильками. И попробовать подобрать подходящую ткань между слоями.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Давайте я буду скептиком-критиком?:D

По-моему далеко от реальности, так сказать, теоретические рассуждения.:) Всё, помещённое на пути звуковой волны, будет поглощать её энергию, в итоге эффективность упадёт, энергия рассеится в виде тепла, да и "мусора" многократно добавится. Похоже на многоконтурную АС с ПИ. Систему нужно максимально упрощать, а не усложнять! Хотя каждому - своя дорога.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

А что случится с динамикой рупора - за что народ и любит их?

 

Похожий принцип - ТР Иголкина, если заменить мембрану в его ТР на легкую пленку большой площади.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Когда человек любознательный узнает, что упругость пропорциональна "роцеквадрат", его осеняет идея о маленьком ящике с большим басом. Самое интересное - такие вещи патентуются.

А самое смешное: лучшие заполнители - пары спирта и эфира.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Давайте я буду скептиком-критиком?:D

По-моему далеко от реальности, так сказать, теоретические рассуждения.:) Всё, помещённое на пути звуковой волны, будет поглощать её энергию, в итоге эффективность упадёт, энергия рассеится в виде тепла, да и "мусора" многократно добавится. Похоже на многоконтурную АС с ПИ. Систему нужно максимально упрощать, а не усложнять! Хотя каждому - своя дорога.

 

Привет, Сергей!

Скептиком - это хорошо! Но как говорится, "пусть безумная идея, вы не рубайте сгоряча!" (В. Высоцкий). А вдруг получится?

Не все помещенное на пути волны будет поглошать энергию. Упругая система (масса + пружинка) без трения не поглощает энергию, а лишь передает! Поглощает энергию трение. Но ведь известно, что на НЧ практически ни один из обычных звукопоглатителей в колонках типа ФИ и ЗЯ эффективно не работает! И сколько надо усилий, чтобы поглатить НЧ в комнате прослущивания! Так почему же поглощение тканью станет препятствием в такой конструкции? А вдруг в чисто басовой секции она лишь поможет - задавить ненужные ВЧ резонансы и просто отдачу на СЧ?

 

Ал.Д.,

У меня и в мыслях не было, что идея нова. И идея достаточно банальна! Но я нигде не видел подобной реализации. Стало интересно узнать, есть ли у кого-нибудь положительные результаты? :)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
меньшее устье создает бОльшее акустическое сопротивление на выходе рупора, из-за чего волна отражается назад от устья к горлу, что дает резонансные пики и минимумы на АЧХ.
Коллега, вряд ли целесообразно столь упрощённо излагать теорию рупорного оформления :). А то из приведенного текста получается, что самый урезанный и коротенький рупор создаёт самое большое акустическое сопротивление, что, разумеется, нифига не так. Волновые процессы в рупоре никоим образом не понимаемы в терминах чисто активного акустического сопротивления.

 

Если заполнить рупор внутри тяжелым газом (взесью легких частиц, капель), а на выходе натянуть тонкую пленочку, то скорость звука внутри будет меньше.
Газ и взвесь/капли - совершенно разные вещи. Скорость звука в водяных парах, к примеру, существенно - более чем на пятнадцать процентов - больше скорости звука в воздухе. При этом туман - отличный звукопоглотитель, что хорошо известно каждому, кто не то чтобы читал книжки, а просто хоть раз в него попадал.

 

Рупор преобразует высокую колебательную скорость на входе в низкую колебательную скорость на выходе, которая соответствует требуемой скорости частиц в звуковой волне на заданной частоте, то есть согласует высокий акустич. импеданс на входе с низким импедансом воздуха.
Ничего подобного. Рупор не "согласовывает высокий импеданс" - он его создаёт. И, соответственно, не "преобразует высокую колебательную скорость", а обеспечивает необходимую мощность излучения при меньшей объёмной скорости.

 

Это может быть произвольная среда, имеющая упругость и массу, то есть обладающая свойством для распространения волн. Например. другой газ, вспененная резина, смесь газа с пылью.
Это не может быть произвольная среда, поскольку эта среда должна иметь, помимо всего прочего, низкий коэффициент поглощения (и тем более рассеяния), а параметры этой среды должны быть постоянны во времени и пространстве. И самое интересное - эта среда должна обеспечивать адиабатический процесс, гыгы. Какая там резина...

 

Даже набор пластин с увеличивающейся по координате массой, соединенных между собой пружинками, тоже будет похож на "рупор". Неплохо было бы преобразовать выброплату в сендвич из плат, соединненных между собой через упругие прокладки
Это априори предполагает эффективную передачу звуковых вибраций рупору (иначе просто незачем - ничего там в этих платах вибрировать не будет) и абсолютно не соответствует фундаментальным подходам к созданию рупорного акустического оформления, предполагающим минимальное поглощение энергии звуковых волн стенками рупора.

 

проще всего внутри рупора натянуть много поперечных перегородок из более тяжелого чем воздух материала, не создающего сопротивления при поперечном перемещении кроме собственной инерции, например, плотной ткани.
Мембрана, не создающая сопротивления при поперечном перемещении, не излучает. А кроме "собственной инерции" у любой мембраны имеется также набор собственных резонансных частот, по определению. Что полностью изменяет физику процесса.

 

Чтобы получить вдвое меньшую скорость звука, мы должны увеличить массу упругой среды в 4 раза.
Не-а. Не массу, а плотность, (и то только в условиях адиабатического процесса) что вообще-то применительно к конкретным условиям не одно и то же.

 

упругость среды "воздух-ткань" останется примерно той же, и будет определятся упругостью воздуха между слоями ткани.
Ничего подобного. Только при нулевом натяжении, а при нулевом натяжении это будет чистый звукопоглотитель, ничего в теории не излучающий.

 

ткань добавит небольшие потери
Колоссальные. Мы пихаем в рупор набор резонансных поглотителей (почти что щитов Бекеши) и пытаемся чего-то получить на выходе. Флаг нам в руку :)...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Поглощает энергию трение. Но ведь известно, что на НЧ практически ни один из обычных звукопоглатителей в колонках типа ФИ и ЗЯ эффективно не работает! И сколько надо усилий, чтобы поглатить НЧ в комнате прослущивания! Так почему же поглощение тканью станет препятствием в такой конструкции? А вдруг в чисто басовой секции она лишь поможет - задавить ненужные ВЧ резонансы и просто отдачу на СЧ? ;)

 

Саша, трение присутствует практически везде, начиная от трения воздуха о стенки оформления и окружающие предметы, до трения волокон мембран при изгибных колебаниях. Энергия поглощается и рассеивается всегда.

По теме поглотителя:

Поглотить НЧ типовыми способами не просто, НО введение излишнего кол-ва, либо неподходящего типа поглотителя в полость АС чрезвычайно сильно заметно на слух. Этот факт неоспорим. Те изменения, что теоретически количественно исчисляются долями-единицами процентов на слух зачастую приводят к катастрофе! Совет здесь только один, в духе Барбарисыча: "срочно браться за пилу!" и проверить теорию практикой.:D

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

КЕF давно уже борется с адиабатой, применив блестящий рыночный ход - нанотехнологии. У них, думаю, результат:) положительный, по крайней мере до кризиса.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Сергей, согласен про пилу с тобой.

 

КAA, разумеется, я не хотел излишне теоретизировать, и лишь сказал одно единственное - волновое уравнение в рупоре рядом с размерностью длины имеет параметр - скорость звука. Поэтому изменение плотности среды равносильно изменению пространственного масштаба, если пока что исключить вопрос согласования выхода с окружающей средой (о чем вообще-то следует подумать). Также сказал, что ткань не должна создавать сопротивления поперечному перемещению.

Про массу и плотность. Если размеры рупора не менять, то увеличение массы в 4 раза равносильно увеличению плотности. То есть если маленький рупор раньше имел высокую крит. частоту, то после увеличения плотности (массы) крит. частота уменьшится вдвое, и все.

 

 

Про "эффективную передачу звуковых вибраций рупору и ... не соответствие фундаментальным подходам к созданию рупорного акустического оформления, предполагающим минимальное поглощение энергии звуковых волн стенками рупора." :

У меня нет такой уверенности, что это будет именно так. Если Вы имеете в виду виброплату Валентина, то я подразумевал лишь такой механизм, когда колебания платы вблизи динамика большей амплитуды за счет растущей массы пластин вдоль сендвича преобразуются в колебания последней платы меньшей амплитуды, нагруженной на воздух. Соверщенно необязательно, чтобы платы контакировали со стенками АС. На НЧ количество баса будет определятся производной вытесняемого объема, то есть фактически смещением последней платы относительно положения равновесия. Если потерь на трение между платами нет, то и потерь передачи энергии тоже не будет.

Кстати, я не вижу в классическом рупоре ничего особенного (а тем более в изложении по классической квазиодномерной теории)- это набор слоев воздуха с увеличивающейся к выходу массой, которые поочередно толкают друг друга. Что ничем не лучше и не хуже, чем набор пластин на пружинках :)

 

Коллеги, давайте не будем придираться ко мне, и так все понятно, а лучше постараемся придумать, как такое можно реализовать...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ткань не должна создавать сопротивления поперечному перемещению.

 

увеличение массы в 4 раза равносильно увеличению плотности.

 

как такое можно реализовать

Ещё раз: она в этом случае не будет излучать. Только поглощать звук. Как будет осуществляться звукопередача от слоя к слою?

 

С точностью до наоборот. Увеличение плотности равносильно увеличению массы. Осталось понять, как увеличить плотность. Пылесос для наддува поставить, или заполнить хлором (и сдохнуть, когда прорвёт наружу)? В любом случае нужна излучающая мембрана на выходе. А значит - смотрим мой длинный пост, там всё написано.

 

Никак.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Ещё раз: она в этом случае не будет излучать. Только поглощать звук. Как будет осуществляться звукопередача от слоя к слою?

 

С точностью до наоборот. Увеличение плотности равносильно увеличению массы. Осталось понять, как увеличить плотность. Пылесос для наддува поставить, или заполнить хлором (и сдохнуть, когда прорвёт наружу)? В любом случае нужна излучающая мембрана на выходе. А значит - смотрим мой длинный пост, там всё написано.

 

Никак.

 

Что наоборот? Я, именно это и написал!

 

Передача от слоя к слою осуществляется за счет упругости воздуха между слоями ткани, и инерцией массы слоев ткани. Чтобы среда приобрела волновые свойства, она необязательно должна быть гомогенной. Это классика волновых процессов! Ничего пылесосом надувать не надо. Я предлагаю заменить гомогенную упругую среду гетерогенной - смесью упругой части (воздух) и массивной части (ткань).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Ясный Сокол: Ваше предложение о заполнении канала рупора каким-либо материалом для уменьшения скорости звука уже нашло практическое применение в трансмиссионных линиях с целью укорочения длины линии при ее настройке на достаточно низкую частоту, правда энергетический вклад излучения такой линии невелик. Спасает только то, что в музыкальном сигнале ниже пиковых мощностей в области 250-500гц звуковая мощность заметно спадает и поэтому роль трансмиссионной линии с заполнителем заметна. Спасительным моментом является также тот факт, что кпд передачи энергии колебаний диффузора в прямую трубу на низких частотах достигает максимума, недостижимого для любых других оформлений.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Консерватизм это называется. А воздушные шары и дирижабли?

Кстати, о дирижаблях. В 70-е годы опыты с заполнением ЗЯ парами спирта были вполне успешными, однако воздействие цеппелинов неизбежно приводило к конденсации, те к скандалам.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Вот и отлично, Борис Борисович! Линия - это система, где играет роль резонанс (отражение от конца линии внутрь). Давайте теперь сделаем тоже самое с рупором, поскольку нам такой резонанс ни к чему :)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

OrdRider,

есть разница между наполнителем, создающим трение, и наполнителем без трения, но создающим массу. Я за второе.

 

КAA, хочу привести вам показательную картинку из своего расчета. Это фронт волны 300 гц в "честном" экспоненциальном квадратном рупоре размером 1.5 х 1.5 м и длиной 1.5 метра. Очень примечательно (на мой взгляд), что фронт волны (на выходе!) похож на сферический. Центр кривизны фронта волны как бы смещается от горла к устью. А при этом форма каналов расчитывалась как плоская, то есть на заданном расстоянии от горла площадь квадрата равна экспонента и т.д.

 

Из рисунка видно, что реальная площадь вдоль поверхности, где давление постоянно (и которую нужно использовать в квазиодномерной рупорной "теории") - отличается от оригинала на 15-20% в большую сторону. То есть этот рупор похож на экспоненциальный, как курица на птицу.:beer:

 

Размещение поперечных массивных мембран приведет к тому, что они будут вытягиваться вдоль (что плохо, так как это приведет к потерям и обратному увеличению скорости волны), а смещение поперек будет концентрироваться по оси рупора, что создаст еще большую кривизну фронта волны. Над этим надо думать.

 

PS. Этот рисунок, кстати, наводит на мысль, что при расчете образующей рупора можно внести такую поправку: для площади поперечного сечения фронта в точке x от горла надо брать сферу с радиусом в точке x/2. Надо на других частотах посмотреть :)

?????.JPG

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Очень примечательно
Чего тут такого особо примечательного :)?.. Что фронт волны в рупоре не плоский ясно хотя бы из того соображения, что он в теории перпендикулярен стенкам. Именно с учётом предположения об изменяемой кривизне фронта в стародавние времена был выведен Вилсоновский профиль, который проходит внутри экспоненты и имеет вписанный угол 86 градусов там, где у экспоненциального 90. В те же стародавние времена Войт свои разработки делал исходя из предположения о сферическом фронте волны с постоянной кривизной.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

КАА, спасибо.

Про перпендикулярность стенке согласен. Нет ли готовой формулы пересчета? Допустим, требуется экспоненциальный рупор по фронту волны с заданным раскрывом, по какой формуле тогда посчитать сечение на заданном растоянии от горла в плоскости, перпендикулярной оси рупора.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Вот, придумал как посчитать. Если рупор аксиально-симметричный, и радиус зависит от растояния, r=r(x), то в заданной точке касательная имеет наклон

tg(alpha) =dr/dx.

Проведя касательную до пересечения с осью рупора, получим радиус сферы

R(x)=r(x)/sin(alpha)

 

Примем, что фронт волны совпадает с этой сферой - такая модель для формы фронта.

 

Пересечение сферы с осью симметрии будет впереди точки x, на расстоянии

b=r(x)*tg(alpha)=r(x)*dr/dx=(1/2)d(r^2)/dx

 

Плошадь сегмента сферы, ограниченная рупором равна

S=Pi*R*(r+2*b)

(см. тут http://www.board74.ru/articles/geometry/sector.html)

 

Итого:

S(x)=Pi*R(x)*r(x))*(1+2*d(r(x))/dx)

 

Соответственно, для заданного раскрыва S(x) отсюда можно определить

функцию r(x), хотя бы численно на компьютере.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Ясный Сокол на п.21: Интересно, как изменится форма фронтов в канале и на выходе из устья рупора, который врезан в небольшой щит? Возможно ли смоделировать этот вариант?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Гость
Ответить в тему...

×   Вставлено в виде отформатированного текста.   Вставить в виде обычного текста

  Разрешено не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отобразить как ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставить изображения напрямую. Загрузите или вставьте изображения по ссылке.


×
×
  • Создать...