Что такое фазоинвертор и для чего он нужен: разбираемся с элементом, усиливающим низкие частоты в акустических системах
Что такое фазоинвертор и зачем он нужен в акустических системах? Этот вопрос волнует многих любителей качественного звука. В этой статье мы подробно разберем устройство и принцип работы фазоинвертора. Вы узнаете, как правильно подобрать фазоинвертор для ваших колонок и какие факторы влияют на его эффективность.
Что такое фазоинвертор: определение, назначение, применение
Фазоинвертор (от фаза колебаний и инвертор) - устройство, преобразующее выходной сигнал в 2 сигнала, сдвинутых по фазе на 180°. В просторечии его также называют "раструбом".
Основное назначение фазоинвертора в акустических системах - усилить воспроизведение низких частот за счет использования резонанса воздушного столба внутри корпуса. Благодаря этому даже компактные колонки могут обеспечить глубокий, насыщенный бас.
Применение фазоинверторов:
- Hi-Fi акустика
- Студийные мониторы
- Колонки для автомобиля (сабвуферы)
Преимущества использования фазоинвертора:
- Усиление басовой составляющей звука
- Увеличение чувствительности АС в низкочастотном диапазоне
- Согласование акустического оформления с параметрами динамиков
- Компактные размеры корпуса при сохранении низких частот
Устройство и конструкция фазоинвертора
Существует несколько разновидностей фазоинверторов:
- Трубчатый (цилиндрический порт)
- Щелевой (прямоугольный порт)
- Пассивный излучатель
Основные параметры фазоинвертора, влияющие на его работу:
- Длина
- Диаметр отверстия или ширина щели
- Форма (цилиндрическая, прямоугольная и т.д.)
Материалы для изготовления фазоинвертора должны быть достаточно жесткими, чтобы избежать дребезжания и искажений звука. Чаще всего используют ДСП, MDF или фанеру толщиной от 18 мм.
Фазоинвертор может быть расположен на передней, задней или боковой стенке корпуса. Это не влияет на качество звучания при правильном расчете параметров.
Выходное отверстие фазоинвертора иногда делают расширяющимся к наружной стороне. Это позволяет немного снизить сопротивление воздушного потока.
Принцип действия фазоинвертора
Физически фазоинвертор работает как резонатор Гельмгольца. Звуковые волны, создаваемые тыльной стороной диффузора, заходят в отверстие фазоинвертора, отражаются от дна и возвращаются обратно, пройдя полный период колебаний.3
При этом происходит сдвиг фазы звуковой волны на 180° по отношению к изначальному сигналу от лицевой стороны диффузора. В результате две волны не гасят, а усиливают друг друга в определенном частотном диапазоне.
Таким образом фазоинвертор увеличивает амплитуду колебаний воздуха на резонансной частоте, что воспринимается как значительный прирост громкости звука на соответствующих низких частотах.
Резонансная частота фазоинвертора зависит от его размеров и формы. Подбирая эти параметры, можно добиться оптимальной работы фазоинвертора в заданном частотном диапазоне.
Расчет параметров фазоинвертора
Для эффективной работы фазоинвертора его параметры должны соответствовать характеристикам используемого динамика, а также объему корпуса.
Оптимальная длина фазоинвертора (L) рассчитывается по формуле:
L = С/4F
Где С - скорость звука в воздухе, F - требуемая настройка фазоинвертора.
Диаметр (для круглого порта) определяется из соотношения длины и диаметра, которое обычно лежит в пределах 10-20.
При выборе формы порта предпочтение отдается той, которая проще вписывается в имеющийся корпус. Для щелевых фазоинверторов расчет аналогичный.
На практике полученные значения корректируются экспериментальным путем для достижения желаемой частотной характеристики.
Также учитывается внутренний объем корпуса колонки, от которого зависит давление воздуха внутри. Это влияет на характер резонанса в фазоинверторе.
Подбор фазоинвертора для конкретного динамика
Для выбора оптимального фазоинвертора необходимо проанализировать параметры динамика, в частности:
- Резонансная частота динамика (Fs)
- Добротность динамика (Qts)
Рекомендуемое значение отношения Fs/Qts для фазоинвертора лежит в диапазоне от 60 до 100.
Например, для динамика с Fs=35 Гц и Qts=0.4 оптимальный фазоинвертор получится при настройке 35/0.4=87 Гц.
Для динамиков с параметрами за пределами рекомендуемого диапазона также возможно подобрать рабочий вариант фазоинвертора, но может потребоваться больше экспериментов.
Важно учитывать согласование конкретной модели динамика и фазоинвертора. Их характеристики должны быть оптимизированы для совместной работы.
Установка и настройка фазоинвертора
При монтаже фазоинвертора в корпусе важно обеспечить герметичное соединение между трубой и стенкой, чтобы не было утечек звука.
Располагать фазоинвертор нужно на расстоянии не менее половины его длины от динамика, чтобы избежать акустического короткого замыкания.
От стен помещения торец фазоинвертора должен находиться на расстоянии не менее 20 см, иначе возможно нежелательное усиление баса.
Для точной настройки частоты фазоинвертора используют регулировку длины трубы путем установки внутренних вставок-заглушек.
Окончательная оптимизация параметров фазоинвертора производится экспериментальным путем для получения требуемой амплитудно-частотной характеристики.
Типичные ошибки при использовании фазоинвертора
Рассмотрим наиболее распространенные ошибки при работе с фазоинверторами:
- Неправильный расчет параметров (длины, диаметра) фазоинвертора
- Негерметичное соединение фазоинвертора с корпусом колонки
- Неудачное расположение фазоинвертора относительно динамика
- Неоптимальное расстояние выходного отверстия фазоинвертора от стен помещения
- Неверная настройка резонансной частоты путем изменения длины трубы
Подобные ошибки приводят к ухудшению звучания на низких частотах, появлению искажений и потере глубины баса.
Конструкции фазоинверторов различных производителей
Рассмотрим примеры реализации фазоинверторов в колонках известных брендов:
KEF
В флагманских моделях KEF применяется запатентованная технология Uni-Q с коаксиальным динамиком. Фазоинвертор выполнен в виде щели вокруг динамика сзади.
JBL
Колонки JBL оснащаются вентилируемым фазоинвертором - Slip Stream Port. Он имеет специальную аэродинамическую форму для ламинизации потока воздуха.
Dynaudio
В Dynaudio применяют запатентованную технологию фазоинвертора Power Port. Он оптимизирован по форме и расположению для максимальной отдачи.
Что такое фазоинвертор в акустике : фото
В качестве иллюстрации приведем фотографии реальных фазоинверторов в различных акустических системах:
Как видно на фото, фазоинверторы могут значительно различаться по форме, размерам и расположению в корпусе в зависимости от конструкции конкретной модели колонок.
Перспективы развития технологий фазоинверторов
Несмотря на кажущуюся простоту концепции, разработка фазоинверторов продолжает совершенствоваться. Основные направления:
- Новые материалы и технологии производства
- Улучшение аэродинамических характеристик
- Гибридные решения в сочетании с другими технологиями
- Многополосные системы фазоинверторов
- Цифровое моделирование и оптимизация
Благодаря прогрессу в этих областях звучание современных акустических систем продолжает становиться все лучше.