• Radius
• 04 Feb 2019
• Акустические системы, динамики, усилители...
• 4098 Прочтений
• 5 Комментариев

Заметки по построению акустических систем с использованием современных материалов

Если расчет АС достаточно полно освещен в литературе (Эфрусси, Виноградова, Алдошина), то описанные там материалы устарели и малоэффективны в сравнении с имеющимися на сегодняшний день. Анализируя современное состояние рынка материалов, в основном автомобильного и строительного назначения, я обобщил имеющиеся данные и сделал следующие выводы:

1. Виброизоляция стенок ящика АС

Единственным пригодным для использования в домашней акустике из автомобильных материалов является BIMAST, лучше марки SUPER. Листы 0,6х0,9 м (упаковка 5 штук) выпускаются группой компаний «Стандартпласт». Этот материал толщиной 3-4 мм позволяет уменьшить толщину стенок в 2 раза. Однако это справедливо для тонких стенок (8-10 мм), где это особенно актуально.

Естественно, что для стенки из МДФ толщиной 32 мм уменьшение вибраций будет несущественным. К тому же, вибропоглощение МДФ выше, чем ДСП, и не сравнимо выше фанеры, дерева (до 4-х раз) и иных материалов.

Потому нецелесообразно делать толстый деревянный корпус с дополнительной виброизоляцией вместо корпуса из МДФ обычной толщины (для полочной АС обычной я считаю 16 мм).

Нанесение анахронизмов вроде герлена представляется сомнительным ввиду нетехнологичности нанесения его необходимой толщины (4-6 мм) и меньшей эффективности ввиду однослойной структуры.

Корпуса из мрамора вообще не имеют виброизолирующих свойств, так как мрамор не имеет упругих свойств, позволяющих превращать акустическую энергию в тепловую.

Все виброизолирующие материалы эффективны от вибраций, в первую очередь от ударных шумов. Т.е. в первую очередь на НЧ, где мощность их существенна. Но на НЧ слух не может локализовать источник звука, поэтому и важность виброизоляции не велика: нет особой разницы, излучает звук диффузор или задняя стенка корпуса.

В проектируемых корпусах гасить вибрации лучше всего построением переборок. Теоретически, поставленная посередине панели переборка увеличивает прочность в 4 раза. Удобным способом укрепления, особенно готовых АС, являются распорки. Лучшим способом укрепления ящика АС является сотовая ячеистая система переборок, так как она еще дополнительно позволяет корпусные резонансы ослабить путем увода их вверх, где они легко гасятся звукопоглощающими материалами.

Встречающиеся в описаниях АС способы виброизоляции стенок ленолиумом идут со времен книги Эфрусси (1971 год). Однако линолеум тогда был совершенно иным и всего одного сорта; простая рекомендация виброизоляции современным линолеумом, по крайней мере, некорректна по отношению к желающим повторить конструкцию. Покупка линолеума поставит их в тупик: какой брать? – коммерческий, полукоммерческий, домашний? – толщиной от 1 до 4 мм? - гомогенный или гетерогенный? – может вообще взять натуральный линолеум, или лучше токопроводящий, или антисептический? К тому же укладка на пол его производится на специальный виброгасящий рулонный материал (подложку) - вспененный полиэтилен или полиуретан, пробковое покрытие). Так же нельзя использовать в качестве виброгасящего материала резину, в том числе пористую.

2. Звукопоглощающие материалы

Это высокопористые, иначе говоря - материалы с открытой и как можно более мелкой структурой. Типичные размеры волокон стекловатных и минераловатных (базальтовых) звукопоглощающих плит имеют размеры 2-6 мкм. Диапазон их наибольшей эффективности начинается с 500 герц, на 50-100 герц поглощение совсем низкое. Однако в АС поглощение на столь низких частотах нас не интересует (а в случае построения, к примеру, помещения с заданными акустическими свойствами – студии, например, пришлось бы применять панели-сэндвичи). А не интересует потому, что звукопоглощение на НЧ портит качество баса, делает его затянутым. Происходит это вследствие снижения добротности АС на НЧ. Частицы материала с окружающим их воздухом следуют за диффузором, виртуально увеличивая его массу. Звукоизолирующие (и близкие к ним утеплительные материалы) непригодны для использования в АС по причине низкого коэффициента звукопоглощения. К непригодным для использования относятся все виды полиуретанов – от пенопласта до поролона. Предлагаемые в некоторых публикациях разминания поролона для открытия пор различными способами несостоятельны, для этой цели есть другие материалы.

Лучшими являются:

Тонкошерстный войлок. Эффективность 8-10 мм войлока сравнима с 2-3 см ваты. В корпусе через некоторое время заведется моль. Ту же участь ждет тонкорунную овечью шерсть, обладающую так же хорошими свойствами, часто используемую и предлагаемую, к примеру, фирмой Visaton.

Альтернативой является стекловолоконный войлок.

Специальные звукопоглощающие современные материалы используются преимущественно в потолочных плитах, реже – стенных панелях (маты и сэндвичи из фанеры или гипрока и минваты):

Фирма «PAROC» выпускает акустические декоративные негорючие панели на основе минеральной ваты со средней плотностью 80 кг/куб (панели Parmitex, Poyal, Akusteri, Аku).

Фирма «ISOVER» выпускает окрашенные стекловолокнистые акустические плиты группы AKUSTO, имеющие стеклотканевое покрытие. Это плиты из стекловолокна толщиной 30 и 50 мм.

Фирма ECOPHON выпускает акустические потолочные и настенные панели, изготовленные из стекловаты повышенной плотности (средняя плотность - более 80 кг/куб.м), толщиной 12, 20, 40 мм.

Фирма «KARHULA», фирма «AHLSTROM». Плиты имеют среднюю плотность 150 кг/куб.м, а плиты в 30 мм - 75 кг/куб.м.

Можно использовать минеральную вату, обернутую в стеклоткань (маты). Она является акустически прозрачной и позволит избежать дополнительных локальных провалов и выбросов на кривой коэффициента поглощения.

Вата. Эффективный вид – более плотный и мелкий – то есть синтетическая хирургическая вата. Также должна укладываться в матах. Чтобы избежать дополнительных экстремумов поглощения матов, материал для их шитья нужно брать звукопрозрачный: стеклоткань, укрывные материалы для почвы, подкладочные материалы для одежды – все они имеют крупную ячеистую структуру.

Теоретически, звукопоглощение в районе НЧ от 250 герц и ниже можно увеличить, относя звукопоглощающие панели на четверть волны от стенки АС. Однако, посчитав длину волны хотя бы 100 герц (332/100=3,32 метра), нетрудно прийти к выводу о необдуманности встречающихся в сети советов по отнесению материала от стенки. Притом, что увеличение эффективности поглощения требуется на НЧ, а на ВЧ с 2-3 кГц уже и не требуется, так как перед НЧ динамиком стоит фильтр.

3. Стоячие волны, связанные с ними резонансные пики на АЧХ

Они возникают на частоте 168/L (длина стенки в метрах). Если две стенки имеют равную длину – еще хуже, так как энергия резонансов двух плоскостей сложится. Потому не следует делать стенки, кратные друг другу по размерам. Например, соотношение длины стенок 1 : 1,5 : 2,4 будет удачным. Если возникает стоячая волна, то у крайних стенок будут максимумы, а посередине – минимум.

Вывод: поставив переборку или расположив мешок звукопоглотителя не по центру ящика, можно дополнительно получить подавление стоячей волны (резонанса), а не только звукопоглощения.

Александр Котов

Notes on building speaker systems using modern materials

If the calculation of the AS is sufficiently fully covered in the literature (Efrussi, Vinogradova, Aldoshin), then the materials described there are outdated and ineffective in comparison with those available today. Analyzing the current state of the materials market, mainly for automotive and construction purposes, I summarized the available data and made the following conclusions:

1. Vibration isolation of the speaker box walls

The only car acoustics suitable for home use is BIMAST, better than SUPER. Sheets 0.6x0.9 m (pack of 5 pieces) are produced by the "Standartplast" group of companies. This material with a thickness of 3-4 mm allows you to reduce the wall thickness by 2 times. However, this is true for thin walls (8-10 mm), where it is especially important.

Naturally, for a 32 mm thick MDF wall, the vibration reduction will be insignificant. In addition, the vibration absorption of MDF is higher than chipboard, and is incomparably higher than plywood, wood (up to 4 times) and other materials.

Therefore, it is inappropriate to make a thick wooden case with additional vibration isolation instead of a case made of MDF of usual thickness (for a shelf speaker, I consider it to be 16 mm as usual).

The application of anachronisms like Guerlain seems questionable due to the low-tech application of its required thickness (4-6 mm) and less efficiency due to the single-layer structure.

Marble bodies have no vibration-insulating properties at all, since marble does not have elastic properties that allow converting acoustic energy into thermal energy.

All vibration damping materials are effective against vibrations, primarily impact noise. Those. primarily at low frequencies, where their power is significant. But at low frequencies, hearing cannot localize the sound source, therefore, the importance of vibration isolation is not great: there is not much difference whether a diffuser or the back wall of the case emits sound.

It is best to damp vibrations in the designed hulls by building bulkheads. In theory, a bulkhead placed in the middle of the panel increases the strength by 4 times. A convenient way to strengthen, especially ready-made speakers, are spacers. The best way to strengthen the speaker box is a honeycomb bulkhead system, since it additionally allows the cabinet resonances to be weakened by pulling them upward, where they are easily damped by sound-absorbing materials.

The methods of vibration isolation of the walls with lenolium found in the descriptions of the AU have been going on since the time of the book of Ephrussi (1971). However, linoleum was then completely different and of only one kind; a simple recommendation for vibration isolation with modern linoleum is at least incorrect in relation to those who want to repeat the design. Buying linoleum will confuse them: which one to take? - commercial, semi-commercial, home? - from 1 to 4 mm thick? - homogeneous or heterogeneous? - can generally take natural linoleum, or better conductive, or antiseptic? In addition, it is laid on the floor on a special vibration-damping roll material (substrate) - foamed polyethylene or polyurethane, cork). Also, rubber, including porous rubber, cannot be used as a vibration-damping material.

2. Sound absorbing materials

These are highly porous, in other words, materials with an open and as fine structure as possible. Typical fiber sizes of glass wool and mineral wool (basalt) sound-absorbing plates are 2-6 microns. The range of their greatest efficiency starts at 500 hertz, at 50-100 hertz absorption is very low. However, in the loudspeaker, we are not interested in absorption at such low frequencies (and in the case of building, for example, a room with specified acoustic properties - a studio, for example, we would have to use sandwich panels). And not interested because the sound absorption at the low frequency spoils the quality of the bass, makes it tight. This happens due to a decrease in the quality factor of the speaker at the low frequency. Particles of material with the air surrounding them follow the diffuser, virtually increasing its mass. Sound insulating (and similar insulation materials) are unsuitable for use in speakers due to their low sound absorption coefficient. All types of polyurethanes are unsuitable for use - from polystyrene to foam rubber. Kneading foam rubber proposed in some publications to open pores in various ways is untenable, for this purpose there are other materials.

The best are:

damping of the speaker system Fine wool felt. The effectiveness of 8-10 mm felt is comparable to 2-3 cm of cotton wool. After a while, a mole will start in the building. The same fate awaits fine-fleece sheep's wool, which has the same good properties, often used and offered, for example, by Visaton.

An alternative is fiberglass felt.

Special sound-absorbing modern materials are used mainly in ceiling tiles, less often in wall panels (mats and sandwiches made of plywood or plasterboard and mineral wool):

The PAROC firm produces acoustic decorative non-combustible panels based on mineral wool with an average density of 80 kg / cubic meter (Parmitex, Poyal, Akusteri, Aku panels).

The company "ISOVER" produces painted glass fiber acoustic panels of the AKUSTO group, having a glass cloth coating. These are fiberglass boards with a thickness of 30 and 50 mm.

ECOPHON manufactures acoustic ceiling and wall panels made of high density glass wool (average density - more than 80 kg / m3), thickness 12, 20, 40 mm.

Firm "KARHULA", firm "AHLSTROM". The slabs have an average density of 150 kg / m3, and the slabs of 30 mm have an average density of 75 kg / m3.

You can use mineral wool wrapped in fiberglass (mats). It is acoustically transparent and will avoid additional local dips and outliers on the absorption coefficient curve.

Cotton wool. The effective look is denser and finer - that is, synthetic surgical cotton. Should also fit in mats. To avoid additional extremes of absorption of mats, the material for sewing them must be sound-transparent: fiberglass, covering materials for the soil, lining materials for clothes - all of them have a large cellular structure.

Theoretically, sound absorption in the LF region from 250 hertz and below can be increased by referring the sound-absorbing panels to a quarter of a wave from the speaker wall. However, having counted the wavelength of at least 100 hertz (332/100 = 3.32 meters), it is not difficult to come to the conclusion that the advice found in the network on the attribution of the material from the wall is thoughtless. Moreover, an increase in absorption efficiency is required at the low frequency, and at the high frequency with 2-3 kHz it is no longer required, since there is a filter in front of the low frequency speaker.

3. Standing waves, associated resonance peaks on the frequency response

They occur at a frequency of 168 / L (wall length in meters). If two walls are of equal length, it is even worse, since the resonance energy of the two planes will add up. Therefore, you should not make walls that are multiples of each other in size. For example, a wall length ratio of 1: 1.5: 2.4 would be good. If a standing wave occurs, then the extreme walls will have highs, and in the middle - a minimum.

Conclusion: by placing a bulkhead or placing a sound absorber bag off the center of the box, you can additionally obtain suppression of a standing wave (resonance), and not just sound absorption.

Alexander Kotov