Метод настройки АЧХ фазойнвертора

Автор предлагает несложный метод настройки амплитудно-частотной характеристики фазоинвертора громкоговорителя акустической системы в обычной жилой комнате.

Правильность расчёта и изготовления фазоинвертора, а также его согласования с динамической головкой можно проверить измерением частотной характеристики модуля полного сопротивления или частотной характеристики звукового давления, развиваемого громкоговорителем в области частот приблизительно ниже 500 Гц. Первый метод проверки проще, поскольку для его использования нужно меньше измерительной аппаратуры, и измерение можно произвести в неза-глушённом помещении.
Второй метод несколько сложнее, но он даёт более полные сведения о работе громкоговорителя с фазоинвертором [1, с. 82, 83].

В предлагаемой статье описан простой, но весьма точный метод настройки амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фазоинвертора в обычной жилой комнате. Этот метод основан на том, что АЧХ динамической головки, измеренная при минимальном расстоянии микрофона от диффузора головки (в ближнем поле), на низких частотах (НЧ) звукового диапазона практически не отличается от АЧХ, измеренной традиционными методами в свободном поле [2].

Сущность метода рассмотрим на примере подбора длины трубы фазо-инвертора акустической системы "Radiotehnika S-30" [3]. Для измерений использовались усилитель низкой частоты (УНЧ) на микросхеме TDA2004, электретный микрофон неизвестного производителя, звуковая карта настольного компьютера, бесплатная программа REW [4].

Метод настройки содержит следующие этапы.

1. Перекрывают порт фазоинвертора и измеряют АЧХ НЧ-головки в ближнем поле. В результате получают "калибровочную АЧХ" измерительного комплекса, содержащего звуковую карту, УНЧ, НЧ-головку и микрофон (рис. 1). При обработке измерений калибровочная АЧХ измерительного комплекса выполняет ту же функцию, что и калибровочный файл измерительного микрофона. Калибровочная АЧХ практически не искажена влиянием АЧХ комнаты, в которой проводят измерения. Например, на рис. 2 показаны различия между двумя калибровочными АЧХ, снятыми в двух разных жилых комнатах. Комнаты имеют разные длину, ширину и обетановку, но использовались одни и те же УНЧ, микрофон и акустическая система и однотипные звуковые карты. Как видно на рис. 2, калибровочные АЧХ, снятые в разных комнатах, отличаются менее чем на ± 2 дБ, т. е. удовлетворяются требования к погрешности метода акустических измерений [5, п. 4.6.1].


2.    Располагают микрофон на расстоянии не ближе 1 м от громкоговорителя [5, п. 4.3.1] и при последующих измерениях не изменяют их расположение в комнате.

3.    Измеряют АЧХ в дальнем поле (рис. 3). Вычитают из этой АЧХ калибровочную АЧХ, для чего в программе REW выполняют операцию деления АЧХ, измеренной в дальнем поле, на калибровочную АЧХ. При этом получают АЧХ комнаты с конкретным расположением в ней громкоговорителя и микрофона (рис. 4).


4.    Открывают порт фазоинвертора.

5.    Измеряют АЧХ громкоговорителя в дальнем поле для разных значений длины трубы фазоинвертора. В программе REW из этих АЧХ вычитают АЧХ комнаты и, таким образом, получают АЧХ громкоговорителя для разных значений длины трубы фазоинвертора. На рис. 5 приведены АЧХ громкоговорителя для труб фазоинвертора длиной соответственно 6 см (красная кривая), 7 см (зелёная кривая)и 8 см(синяя кривая). Как видно на рис. 5, при длине трубы фазоинвертора 7 см АЧХ громкоговорителя наиболее ровная.

Для сравнения на рис. 6 приведены результаты тех же измерений в дальнем поле, но без вычета АЧХ комнаты. Влияние комнаты существенно изменило форму АЧХ, заметно возросла неравномерность АЧХ. Здесь уже несколько предпочтительнее выглядит фазоин-вертор с длиной трубы 8 см (синяя кривая), но определить АЧХ громкоговорителя не представляется возможным.


По измерениям, выполненным согласно описанной методике для второго громкоговорителя "Radiotehnika S-30", оптимальная длина трубы фазоинвертора (по критерию минимума неравномерности АЧХ) оказалась близкой к 10 см. Итоговая частота настройки фа-зоинверторов обоих громкоговорителей оказалась равной 48 Гц.

Эта методика позволяет также корректировать АЧХ громкоговорителя и в других задачах. Например, в задаче оптимального заполнения громкоговорителя звукопоглощающим материалом.