Что такое кпд в автозвуке
Многие думают, что динамик расходует энергию просто на перемещение большой воздушной массы. Плотность воздуха 1,2кг на 1м^3, то есть, в типичном корпусе для 12" сабвуфера менее 100г воздушной массы. Двигать сотню граммов динамику так же легко, как урагану Катрина стайку воробьев. Если на это и уходит какая то часть энергии, то она настолько мизерная, что ею можно пренебречь.
А вот чтобы сжать воздух, энергии требуется очень много. Динамику необходимо сначала разогнать воздушную массу, а затем заставить ее очень резко тормозить и тем создать сжатие(давление). Процесс называется "динамическая компрессия".
Именно это и происходит в тот момент, когда диффузор сначала засасывает некий объем воздушной массы в порт и разгоняет его, а затем, когда воздух достигает выхода из порта, диффузор уже успевает вернуться в начальную точку и создать избыточное давление в объеме, которое заставляет воздух из порта резко затормозить.
Так, именно на динамическое сжатие воздуха динамик и тратит энергию, что есть "акустическая нагрузка".
Очевидно, чем выше степень сжатия, тем выше давление. Также очевидно, что процесс динамической компрессии имеет некий КПД, зависящий от ряда факторов: чем больший объем, чем быстрее разогнать и чем резче остановить, тем выше давление.
Как получить больший объем? Использовать порт максимальной площади. Как разогнать быстрее? Использовать порт минимальной длины. Как остановить резче? Использовать минимальный объем корпуса. Все это очень просто, в теории примерно так и работает, будь у нас динамический насос. Но это там чем выше частота, тем круче, а у нас все наоборот - мы любим низкие частоты, что вносит свою коррективу. Однако, принципы у нас все те же, и те же проблемы.
Рассмотрю три основные проблемы, которые вижу на ваших примерах.
1) Обратное давление.
Когда диффузор засасывает или выталкивает воздух - в порт попадает только часть воздуха, только часть будет делать звук, а другая часть ускорится, на что динамик потратит энергию, но улетит в обратном направлении, не сделав ничего полезного.
Какой выход? Самый простой - увеличивать площадь порта, что хорошо. Но этим действием мы снижаем скорость потока, а значит снизим и давление. Тут есть место жизненно необходимому компромиссу. А еще мы научились делать фланцы.
Кто-то когда-то сказал, что фланцы нужны для борьбы с турбулентностью на входе\выходе. Правда отчасти, тк с нею фланцы действительно помогают. Вот только для этого не нужно ничего толком считать и изучать, достаточно просто избавиться от резких граней на входе\выходе небольшим радиусным закруглением. А вот чтобы эффективно побороться с обратным давлением - нужно считать и изучать, а затем строить правильный профиль фланца.
Существует экспонента, у=e^x. Профиль фланца на ее основе действительно помогает бороться с проблемой, действительно увеличивает КПД, позволяя через меньшую площадь порта пропустить больший объем воздуха.
Тут вы скажете "фланцы-фланцам, а как же экспо-порт". А "экспо-порт" - это, друзья, костыль. Насколько он помогает ускорить и пропустить бОльшую воздушную массу, настолько же он препятствует ее более резкой остановке. Весь корпус должен быть одной большой экспо-трубой чтобы экспо-порт работал адекватно, тк в обычном прямоугольном корпусе уменьшения объема и увеличения "встречного давления" не происходит.
2) Однородность потока.
Суть проблемы в том, что в разных типах туннеля поток протекает по разному. Т.к. вдоль стенок поток протекает медленнее, чем в центре, то максимально однородным поток будет в таком порте, где площадь стенок минимальна - в круглом.
Только и исключительно в круглом порте максимально ускорен будет наибольший объем воздушной массы. Ни в каком другом.
Чем быстрее мы разгоняем воздух в порте, чем больший объем разогнанного воздуха, тем большее давление внутри корпуса потребуется, чтобы этот воздух резко остановить, а значит и объем корпуса следует уменьшать, чтобы такое давление создать. Уменьшая объем корпуса, мы поднимаем частоту настройки. Чтобы снизить частоту настройки - увеличиваем длину порта, что снижает скорость потока.
В этом суть балансировки - при минимально возможной площади порта, где обратное давление минимально, выбрать такое отношение длины порта к объему, которое позволяет получать и максимальную скорость потока в порте, и максимально резкую остановку на выходе, и максимальный КПД как следствие. Это и будет идеальный корпус.
Теперь формула идеального корпуса вам известна. Вернемся в реальный мир с вопросом "Как это знание связать с конкретно моим динамиком?". Только тестами, друзья, только тестами - у вас не просто разные динамики, еще разные и мощности, и любимые частоты настройки. Теперь вы просто лучше понимаете что именно делаете, для чего и почему.
Так и что в итоге делаем? Все очень просто.
1) строим порт правильного сечения с правильными фланцами.
2) находим правильную площадь порта при нужной настройке.
3) находим правильное соотношение объема\длины порта.
5) PROFIT, вы великолепны!
Естественно, не все готовы тратить столько времени на тесты. Так что, если надо совсем просто: строите то, что мы рекомендуем, и используете это на той мощности, что мы рекомендуем, и в том диапазоне частот, который мы рекомендуем. Затем производите "тонкую настройку" оформления под ваши персональные условия, руководствуясь вышеописанными принципами.
В результате вроде и играет музыка, но не с таким пробивающим и одновременно мягким и глубоким басом, как у друга Пети. В чем секрет? Все просто, чтобы добиться хорошего автозвука, сначала вам необходимо понять основы и выбрать хорошее оборудование, исходя из собственных предпочтений.Именно о главных составляющих хорошего автозвука мы и поговорим, а в последующих статьях мы подробно будем разбирать каждое устройство. Поэтому добавляйтесь в социальные сети и подписывайтесь на ленту новостей сайта. Давайте начнем с составляющих.
Вся система система состоит из головного устройства (в простонародье магнитола), усилителя (от одного до бесконечности), динамиков и конечно же качественной проводки. Ниже кратко будет рассказано о каждой составляющей.
🔎 Какая должна быть автомагнитола?
Качественного автозвука без хорошей магнитолы просто не добиться, поэтому это первое, о чем необходимо побеспокоиться. Как и остальные составляющие, головное устройство влияет на качество звука и даже если у вас будет хороший саб и усилитель, а сама магнитола окажется полным шлаком, то о хорошем звуке можете забыть .
При выборе ГУ (головного устройства) я рекомендую опираться в первую очередь на бренд и качество сборки. Pioneer и Alpine — бренды которые хорошо себя зарекомендовали на современном рынке. В среднем за 4000-12000 вы купите довольно неплохую магнитолу. Такие монстры как McIntosh, Denon и Nakamichi больше рассчитаны профессионалов.
Ну, а если ваш бюджет слишком ограничен и вы все равно не хотите прислушиваться к советам, то обратите внимание на Mystery, Prology, Challenger и тд.
Здесь можно дать один совет: помните — лучше купить не навороченную, а качественную магнитолу для прямого назначения. Большинство производителей второго эшелона предлагают устройство напичканное бестолковыми функциями, которые мало того что почти не работают, так и пользоваться в принципе ими вам не придется.
Узконаправленное устройство справится со своей задачей намного лучше мультимедийного комбайна — это было проверено уже много раз.
▪ Количество линейных выходов
Далее, мы смотрим на количество линейных выходов. Один линейный выход позволяет подключить один двух канальный усилитель. Два выхода позволит подключить четырех канальный усилитель и тд. Более подробно про усилители написано в другой статье.
Ниже представлена простая схема, которая должна помочь понять суть линейных выходов ( Фото в посте)
Помните, если в магнитоле отсутствуют линейные выходы то нам это неинтересно и следует присмотреться к другому устройству.
Да, именно на управление. При выборе магнитолы тыкаем на все кнопки, проверяем джойстик, смотрим где спрятаны настройки эквалайзера, как быстро перключается трек и тд. Если есть лишние деньги, то можно купить магнитолу с навороченным дизайном. Хотя лично я предпочитаю поражать людей качественным звуком, а не понтами.
На первый взгляд выбор динамиков — сложнейшая задача для новичка, ведь не все динамики можно установить в штатные места, причем ограничение не столько в их габаритных размерах, как в технических характеристиках, точнее АЧХ.
На что обратить внимание при покупке:
Диаметр динамика. Чем больше физический диаметр динамика и магнита, тем громче он будет воспроизводить звук.
Чувствительность динамика. Данное понятие отражает можно сказать КПД динамика. Чем больше эта цифра тем качественнее и громче будет играть динамик.
Широкополосные динамики – воспроизводят основную звуковую полосу с явным подъемом звучания средних частот и падением на низах и высоких. На дешевых динамиках качественного звучания добиться не возможно.
Коаксиальная акустика – имеет несколько видов конструкций, но принцип один – разделение воспроизведения всей звуковой полосы на несколько динамиков, причем каждый работает на заданной частоте, обеспечение которой возлагается на фильтры, простейшие из них – это конденсаторы.
Такая акустика имеет общий корпус с двумя динамиками, что не составляет труда устанавливать ее своими руками вместо штатных громкоговорителей. Ценовая категория коаксиальной акустики не высока, зато можно добиться приемлемого качества.
Компонентная акустика – больше подходит для искушенных слушателей, т.к. качество звучания значительно отличается из-за использования отдельных частотно разделенных динамиков, причем система требует дополнительного пространства с более проблематичной установкой. Иногда приходится изготавливать дополнительные подиумы, а расположение динамиков сильно влияет на восприятие звука.
В большинстве случаев их устанавливают на усиленный подиум возле заднего стекла, но бывают варианты установки в двери или под облицовочную панель, ведь НЧ слабо гасится. Среднечастотные динамики же устанавливаются на штатные места.Сабвуфер или глубокий бас позволяет насладиться низкими частотами, поэтому качественный автозвук своими руками без него создать практически не возможно. Выбор сабвуфера основывается на конструктивных его особенностях, габаритных размерах и АЧХ применяемого в нем динамика.
Определение, какая автомобильная акустика лучше подойдет для вашего случая, должно основываться на типе сабвуфера, ведь именно он несет важнейшую функцию воспроизведения мягкого, но мощного баса.
Бесспорен тот факт, что купить штатный сабвуфер значительно проще, но вот его установка может создать большие осложнения, причем его звучание в салоне машины может сильно отличаться из-за резонанса кузова и облицовки. Поэтому настоящие поклонники качественного автозвука всегда изготавливают свои конструкции сабвуфера с полным подбором низкочастотных динамиков по АЧХ:
1. Резонансная частота (Fs) НЧ-динамика без какого-либо акустического оформления подбирается как можно ниже. В среднем этот параметр составляет 20-25 Гц, причем динамики с более низким порогом встречаются крайне редко, а вот верхний предел – это 40 Гц. Стоит учесть, что в некоторых случаях модификаций конструкций сабвуфера очень низкая резонансная частота становится помехой, вызывая сильные вибрации, приводящие к искажению звучания.
3. Эквивалентный объем (Vas) определяется жесткостью акустического подвеса динамика и его диаметром, причем, чем мягче подвес и больше диффузор, тем больший объем воздушной подушки необходим, ведь громкоговоритель при таких параметрах очень чувствителен к внешнему воздушному воздействию. Другими словами обязательно необходимоучитывать этот параметр для правильного подбора объема сабвуфера, ведь большие мягкие диффузоры имеют предпосылки для большой отдачи мощности (раскачки), но требуют большой воздушной подушки для правильной работы без искажений. Поэтому динамики с одинаковой резонансной частотой и размером диффузора, но разной жесткостью акустической подвески будут по-разному звучать в одном и том же корпусе сабвуфера.
Правильно подобрать динамики для сабвуфера – это полдела, более сложная стадия –расчет его размера, объема мощности и выбор корпуса:
Закрытый ящик (sealedbox) – самый простой тип изготовления сабвуфера, ведь динамик устанавливается в герметичный ящик заданного объема. При простоте конструкции такой тип сабвуфера имеет ряд преимуществ:
• Простота расчета объема ящика, которая соответствует эквивалентному объему.
• Упругая реакция воздушной подушки во всем рабочем диапазоне обеспечивает снижение перегрузок и уменьшает вероятность механического повреждения.
• При правильном подборе размеров ящика и самого динамика воспроизведение басовых нот столь отличное, что нет равных.
• Оклеивание сабвуфера изнутри звукопоглощающим материалом позволяет увеличить динамический объем ящика на 15-20 %.
Фазоинвертор (ventedbox) –самый распространенный тип сабвуфера, имеющий щадящий режим для самого динамика, т.к. ящик имеет заданных размеров отверстие для связи с атмосферой. Часть колебательной энергии в фазоинверторе передается воздушной подушке в ящике, что усиливает раскачку воздуха на определенной узкой (1-2 октавы) частоте, т.е. значительно повышается КПД, а искажения уменьшаются до минимума.
Фазоинвертор более сложен в настройке, ведь помимо учета, как выбрать акустику для него, необходимо правильно рассчитать объем ящика, сечение и длину тоннеля. Последний часто изготавливают с регулировкой длины тоннеля, чтобы правильно подобрать на месте желаемую частоту резонанса.
Полосовой громкоговоритель (bandpass) – самый сложный конструктивный тип сабвуфера, объединяющий в себе фазоинвертор и закрытый ящик, т.е. сабвуфер разделен на два пространства, выполняющих роль фильтров высоких и низких частот. Сам динамик несет функцию перегородки и воспринимает воздушную нагрузку сразу с двух сторон по принципу симметричной нагрузки.
Полосовой громкоговоритель имеет максимальный КПД с АХЧ в графическом виде колокола. Причем подбором объемов и резонансной частоты передней камеры можно создать, как резкий подъем мощности на узкой полосе частот, так и более широкий диапазонный подъем низких частот с меньшим звуковым давлением.
Помимо высокого КПД такой тип сабвуфера излучает звук именно через тоннель, что позволяет расширить возможности установки. Размещение самого динамика может быть в любом месте, а подача звука организовывается через гибкий тоннель-рукав.
Для создания качественного звука вам непременно понадобится мощный усилитель (или даже два). Чтобы купить хороший усилитель и не переплатить лишние деньги, вам следует знать следующие особенности:
В качестве дополнительного усилителя перспективно брать аппарат с мощностью 100-200 Вт на канал, а мощность сабвуфера должна составлять не менее суммарной мощности всех динамиков, т.е. при 4 канальной системе по 100 Вт необходимо устанавливать сабвуфер не менее 400 Вт.
Количество выходных каналов на акустическую систему в автомобильных усилителях бывает разным, причем по их количеству в большей степени можно рассуждать об его качестве и актуальности (современности):
Одноканальный– применяется для подключения сабвуфера большой мощности.
3-х канальный усилитель сегодня редко используют, потому что 4-х канальные усилители позволяют подключить по мостовой схеме сабвуфер и две колонки. Однако 3-х канальный усилитель для такой цели будет лучше четырехканального, поскольку он будет выдавать лучшую мощность на канал.
4-х канальный усилитель – большинство современных усилителей оборудованы именно такой схемой, причем качество их вполне достойное. Четыре канала позволят вам подключить 4 динамика, либо два динамика и один сабвуфер, конечно если у него хватит на это мощности. Если усилитель с довольно большим запасом, то можете подключить даже два сабвуфера.
5-ти канальные усилители позволяют подключить один сабвуфер и четыре динамика. Такой усилитель позволит сэкономить место, однако хорошие модели обойдутся вам в круглую сумму. При покупке обращайте внимание на количество ватт выдаваемых на один канал.
И наконец 6-ти канальные усилители. Сейчас такие усилители используют довольно редко, так как многие используют всего 4-х или (что реже) 5-ти канальные усилители.
Так сложилось, что заявленные цифры на упаковках и рекламах усилителей не всегда совпадают с реальными. Как правило они намного выше, чем усилитель может выдать в действительности. Все это маркетинговые ходы в погоне за яркой и броской вывеской. Указанные параметры получают не совсем добросовестно с большими ухищрениями, а иногда и просто лгут. Чтобы не попасться на уловки рекламодателей можно рассчитать мощность усилителя самостоятельно.
Встречается в мире автозвука и другая ситуация, когда мощность усилителя больше, чем указана в документах. Но это редкие случаи, когда усилитель ориентирован на использования в соревнованиях, в которых существуют ограничения или градации по мощности систем.
Для начала нужно определить класс вашего усилка, для того чтобы узнать его КПД. В автозвуке обычно используются АВ и D классы.
Класс АВ. Выдает качественный сигнал при КПД около 50%. Так же усилители AB-класса стоят в головных устройствах (ГУ) — магнитолах.
Класс D. Современный класс усилителей с цифровой обработкой сигнала. В основном применяется для сабвуферов (моноблоки). D класс имеет КПД 70-80%.
Смотрите информацию о классе в даташите (документации) усилка.
Расчет мощности
Мощность считается следующим образом:
где U — напряжение в сети автомобиля с заведенным двигателем — 14.4 В,
I — номинал предохранителя или сумма номиналов, если их несколько А,
КПД — коэффициент полезного действия — АВ класс — 0.5 (50%); D класс — 0,75 (75%),
n — количество каналов усилителя.
Другими словами мы находим общую мощность с учетом КПД и делим ее на количество каналов, получая тем самым число Ватт на один канал.
Пример расчета мощности усилителя
Возьмем к примеру усилитель JBL GX-A604 с заявленной RMS 85 Вт x 4 канала, при минимальном сопротивлении в 2 Ом.
Получаем на один канал:
С точки зрения глубокой теории это достаточно грубый расчет, но опыт показывает, что эти цифры почти всегда подтверждаются практикой.
Пример расчета мощности магнитолы
Мощность магнитолы рассчитывается аналогично, так как она имеет встроенный усилитель.
Проведем расчет для среднестатистического головного устройства (ГУ), на коробке которого указано 50 Вт х 4, а сзади, как правило, стоит предохранитель 10 А.
Рассчитываем количество Ватт для одного канала:
Вот вам реальные данные номинальной мощности. А те 50 Вт х 4 это неведомый максимум, на котором магнитола никогда не будет работать. Реже встречаются ГУ с 15 амперными предохранителями, но и это все равно 27 расчетных Ватт.
Надеюсь статья была полезной для вас и теперь вы будете более объективно оценивать мощность компонентов при выборе.
Читать еще:
На этой странице разберем такое акустическое оформление как бандпасс или полосовой громкоговоритель. Это пожалуй самый сложный тип оформления сабвуфера, он состоит из двух камер, между которыми монтируется динамик.
Особенности
Плюсы:
- Качественный низкий бас
- КПД Выше чем у ЗЯ и ФИ
- Сабвуфер защищен от внешних воздействий
Минусы:
- Сравнительно узкий частотный диапазон
- Сложность расчета и изготовления
- Требуемый объем больше чем у ЗЯ и ФИ
Бандпассы встречаются 4го и 6го порядков. Порядок это крутизна спада фильтра.
n — порядок фильтра
Бандпасс 4 порядка
Корпус с двумя камерами, одна из которых по сути – закрытый ящик, а вторая фазоинвертор. Именно бандпасс 4 порядка чаще используется в аудиосистемах. Расчет заключается в подборе объемов камер, их соотношения и определении площади и длины порта.
Бандпасс 6 порядка
Бандпасс 6 порядка это ящик с двумя фазоинверторами. Поэтому к предыдущим расчетам добавляется определение второго порта, а так же соотношения настроек обоих фазоинверторов. Такой короб имеет 2 основных вида: вид-1 порт выходит наружу из обоих камер; вид-2 порт одной камеры выходит в другую.
Бандпасс 6 порядка. Вид-1. Бандпасс 6 порядка. Вид-2.
Особенности выбора
В принципе, сложность изготовления не так страшна, как кажется на первый взгляд, проблемы доставит множество переменных в построении. Это — объемы камер в отдельности, их соотношение, настройка портов, соотношение настроек двух портов. Как видите их очень много, прибавьте к этому то, что расчеты не всегда сойдутся с практикой и придеться вносить корректировки в корпус.
Тем не менее, такое акустическое оформление часто встречается на соревнованиях по автозвуку, а в формате звукового давления и вовсе не ограничивается рамками короба — роль одной из камер может выполнять салон автомобиля.
Бандпасс 6 порядка — стена
В общем, если вы новичок, то для первого корпуса бандпасс любого порядка будет не лучшей идеей. Если у вас есть опыт, подкрепленный практикой и вам нравится эксперементировать, то в добрый путь!
Видео
Удачи в выборе!
Читайте еще:
Читайте также: