Проектирование полочной фазоинверторной акустики в Speaker Box Lite

Подробное руководство по созданию компактной полочной акустики с фазоинвертором для компьютерной системы в Speaker Box Lite. Включает выбор динамика, подбор выравнивания, формирование корпуса, установку компонентов, оформление раструба, экспорт STL и подготовку чертежей.

Leitura sugerida antes:

Понимание параметров Тиля–Смолла

Подробный разбор параметров Тиля–Смолла — основного языка в проектировании акустических систем. Разберём, что означают Fs, Vas, Qts и другие характеристики, как они влияют на звук и каким образом помогают в расчётах корпусов в программе Speaker Box Lite.

Фазоинверторные короба: искусство настройки глубокого и эффективного баса

Подробный разбор фазоинверторных (портированных) акустических ящиков — их преимущества, недостатки, роль параметра Qts, классические варианты настройки и современные решения в Speaker Box Lite.

Изменение размеров корпуса в Speaker Box Lite: основы, габариты и режимы объёма

Узнайте, как изменять размеры корпуса в Speaker Box Lite, как фигура основания определяет форму, и в чём разница между режимом Lock VB и свободными размерами. Подробный технический разбор шагов проектирования и принципов работы.

Расчет площади порта сабвуфера: итерационный метод в Speaker Box Lite

Пошаговое руководство по выбору оптимальной площади порта через анализ графиков скорости воздуха и резонансов для достижения чистого звучания без турбулентности.

Проектирование корпуса малогабаритной акустической системы - это всегда путь поиска баланса между тем, что мы хотим, что позволяет наше помещение и что реально может выдать динамик. А когда цель - полочная колонка для компьютерного стола (компактная, стильная, направленная на слушателя), задача становится еще более интересной. В этой статье мы пройдем через весь процесс проектирования в Speaker Box Lite, создавая фазоинверторный корпус «с нуля». Конечный результат будет напоминать референсный дизайн со скриншотов: корпус Однобок. трапеция (One-side Trapezoid), слегка наклоненный к слушателю - компактный по объему, визуально лаконичный и акустически сбалансированный.

Вместо того чтобы сразу погружаться в цифры, графики и таблицы, это руководство построено так, будто вы сидите за своим рабочим столом, изучаете варианты, принимаете обоснованные решения и позволяете приложению помогать вам там, где это необходимо. Вы увидите, как симуляции обосновывают изменение объема и настройки, как небольшие корректировки геометрии влияют на внешний вид и эргономику, а также как использовать инструменты Speaker Box Lite, чтобы спроектировать корпус именно таким, каким вы его себе представляете.


Изображение демонстрирует результат, которого мы хотим достичь.
Изображение демонстрирует результат, которого мы хотим достичь.
Изображение демонстрирует результат, которого мы хотим достичь.

Краткий практический взгляд на фазоинверторные корпуса

Прежде чем мы возьмемся за виртуальное дерево, давайте на мгновение проясним, что на самом деле делает фазоинверторный корпус. Не в академическом, перегруженном теорией стиле, а с позиции практика-конструктора.

Фазоинверторный корпус работает за счет объединения излучения тыльной стороны динамика с резонирующей массой воздуха внутри порта. При правильной настройке порт усиливает низкочастотную отдачу системы, расширяя Басс (Bass) отклик и одновременно повышая эффективность в области настройки. Порт можно рассматривать как вторичный излучающий элемент - но такой, который работает лишь в относительно узком диапазоне. Выше этого диапазона доминирует динамик; ниже него - и динамик, и порт вместе теряют эффективность.

Прелесть полочной фазоинверторной колонки заключается в том, что вы можете получить весомый прирост по низким частотам без существенного увеличения габаритов корпуса - это особенно полезно при проектировании систем ближнего поля. Но это накладывает и ответственность: фазоинверторные конструкции сильно зависят от правильного объема корпуса, выбора динамика и частоты настройки. Сделайте корпус слишком маленьким - и настройка может стать гулкой или неестественной; сделайте слишком большим - и он станет непрактичным или слишком вялым по переходным характеристикам для настольного использования.

К счастью, Speaker Box Lite объединяет в себе проверенные методы настройки, прогнозные графики и визуальные инструменты, которые позволяют проектировать корпус на слух и с помощью логики - а не только основываясь на цифрах.

Выбор динамика: Dayton Audio DS135-8

Динамик - это душа вашей акустической системы. И для нашего сегодняшнего примера мы будем строить проект на базе Dayton Audio DS135-8 - доступного, отлично звучащего небольшого НЧ-динамика, который прекрасно работает в компактных фазоинверторных оформлениях. Вы можете либо найти его в базе данных приложения, либо ввести параметры вручную из его технического описания. Speaker Box Lite поддерживает оба подхода, но использование встроенной базы данных делает рабочий процесс более удобным.

После выбора приложение загружает все необходимые параметры - Fs, Vas, Qts и так далее. Теперь мы наконец можем подумать о том, какой характер звучания нам нужен.

Для систем ближнего поля, где слушатель находится всего в метре или двух от динамиков, четкость и баланс гораздо важнее, чем грубая мощь низких частот. Вам нужна глубина басса (Bass), но не ценой гулкого отклика. Вот почему следующий шаг - выбор профиля настройки корпуса - имеет критическое значение.

Изучаем расчет объема: выбор подходящей настройки

На вкладке Корпус в SBL вы найдете набор режимов генерации объема. Эти варианты настройки (аппроксимации) - классические акустические «рецепты», которые используют параметры динамика, чтобы предложить определенный объем корпуса и частоту настройки. Каждый профиль ориентирован на определенный характер звучания:

  1. Макс плоская АЧХ (Max flat amplitude)
  2. Оптимальный объем (Optimum volume)
  3. Басс (Bass)
  4. Бум бокс BB4/SBB4 (Boom Box BB4/SBB4)
  5. Квази-Третий Баттерворт QB3/SQB3 (Quasi-Third Butterworth QB3/SQB3)
  6. Чебышев C4/SC4 (Chebyshev C4/SC4)

Подробнее об этих типах настройки можно прочитать в этой статье

Хотя все они полезны, они различаются своими приоритетами. Например, «Макс плоская АЧХ (Max flat amplitude)» разработана для обеспечения наиболее гладкой и нейтральной кривой АЧХ ценой большего объема корпуса, в то время как настройки Бум бокс BB4/SBB4 (Boom Box BB4/SBB4) ориентированы на более энергичную отдачу в нижнем диапазоне при оптимизированной эффективности.

Поскольку это ваш проект, я познакомлю вас с реальным процессом принятия решений, которым я руководствовался при создании финального эталонного корпуса.

Начнем с Макс плоская АЧХ (Max flat amplitude)

Если вам важно качество звука - и особенно точность в ближнем поле - естественным желанием будет начать с Макс плоская АЧХ (Max flat amplitude). Этот вариант дал расчетный объем корпуса около 6,5 литров с частотой настройки в районе 54 Гц. График был действительно плавным и хорошо контролируемым. С акустической точки зрения это было очень многообещающее начало.

Но стоит учесть габариты: объем 6,5 л получается несколько громоздким для настольной колонки, которая должна удобно располагаться рядом с монитором. Из-за увеличенной глубины корпус может оказаться слишком близко к задней стене или будет просто визуально загромождать стол.

Итак, в порядке эксперимента я уменьшил объем с 6,5 л до примерно 4 л. Приложение мгновенно пересчитало кривую настройки, и хотя корпус стал гораздо компактнее, эффективность и отдача на низких частотах заметно снизились. График в симуляции стал более зеленым - это визуальная подсказка от SBL, что чем-то пришлось пожертвовать.

Именно здесь умение «слушать глазами» становится частью мастерства. Вы не обязаны принимать какой-то один пресет. Напротив, вас поощряют к экспериментам.


На изображении сравнивается максимально плоская характеристика (красная линия) с моим 4-литровым тестовым корпусом, настроенным на ту же частоту (зеленая линия).
На изображении сравнивается максимально плоская характеристика (красная линия) с моим 4-литровым тестовым корпусом, настроенным на ту же частоту (зеленая линия).


Пробуем настройку BB4

В поисках «золотой середины» я переключился на BB4 - один из вариантов аппроксимации Boom Box, известный балансом эффективности и компактности. Приложение тут же предложило объем около 4,9 литра и настройку в районе 52–53 Гц.

И график внезапно обрел смысл.

Корпус уменьшился до размеров, позволяющих с комфортом разместить его на столе, но при этом его АЧХ на низких частотах осталась уверенной и полновесной. Синяя линия, построенная по рекомендации BB4, оказалась чуть ниже графика Max Flat для 6,5 литров, но разница была невелика - и, что самое важное, она была гораздо лучше, чем в эксперименте с «зажатыми» 4 литрами.

В этот момент проект показался правильным. Такое часто случается при проектировании акустики: вы смотрите на два графика, мысленно сравниваете их и соглашаетесь на незаметный компромисс ради практичности. В итоге я выбрал результат в 4,9 литра (синяя линия), фактически сэкономив 1,6 литра объема без ощутимой потери реалистичности в нижнем регистре.

Ваши уши, место на столе и динамик скажут вам за это спасибо.


На графике показаны максимально плоская АЧХ (красный), мой 4-литровый тестовый корпус с той же настройкой (зеленый) и настройка BB4 (синий).
На графике показаны максимально плоская АЧХ (красный), мой 4-литровый тестовый корпус с той же настройкой (зеленый) и настройка BB4 (синий).
На графике показаны максимально плоская АЧХ (красный), мой 4-литровый тестовый корпус с той же настройкой (зеленый) и настройка BB4 (синий).
На изображении показано групповое время задержки (ГВЗ) передаточной функции для максимально плоской аппроксимации (красный), моего 4-литрового тестового корпуса с той же настройкой (зеленый) и аппроксимации BB4 (синий). Средний вариант (синий) обеспечивает отличную характеристику задержки.
На изображении показано смещение диффузора для максимально плоской настройки (красный), моего 4-литрового тестового корпуса с той же настройкой (зеленый) и настройки BB4 (синий). Во всех вариантах значения остаются ниже X-max динамика.

Выбор диаметра порта: баланс между шумом, длиной и практичностью

Прежде чем переходить к этапу 3D-моделирования, необходимо принять еще одно важное решение: выбрать диаметр порта. Это одна из тех обманчиво простых задач в проектировании акустических систем - она кажется элементарной на первый взгляд, но существенно влияет на итоговые акустические характеристики.

Порт со слишком малой площадью сечения работает как узкое место. По мере роста скорости воздуха возникают турбулентность и слышимые призвуки, особенно при прослушивании в ближнем поле, когда ваши уши находятся близко к корпусу. Однако слишком большой порт требует использования очень длинной трубы. Такую трубу не только сложно разместить внутри компактного корпуса, она также может стать источником резонансов, негативно влияющих на работу системы.

Это классический компромисс: скорость воздушного потока против практичности.

Speaker Box Lite помогает разрешить этот компромисс с помощью встроенного вспомогательного инструмента. На вкладке Корпус (Enclosure), рядом с полем Диаметр (Diameter) порта, нажмите кнопку «calc». Появится окно с несколькими пресетами воздушного потока.

Для этой сборки я выбрал вариант Меньшее качество (Less quality) - не потому, что мы стремимся к низкому качеству, а потому, что он позволяет получить диаметр, подходящий для нашего компактного корпуса, не увеличивая длину порта до непрактичных значений. Помощник предложил около 37 мм, что обеспечивает разумный размер и удобную длину порта для корпуса объемом 4,9 литра.

Когда диаметр определен, основа для создания физического корпуса готова.


Я буду использовать круглый порт - нажмите «calc», чтобы получить помощь в выборе площади порта.
Я буду использовать круглый порт - нажмите «calc», чтобы получить помощь в выборе площади порта.
Я буду использовать круглый порт - нажмите «calc», чтобы получить помощь в выборе площади порта.
Я воспользуюсь опцией «Меньшее качество (Less quality)» - она дает хороший результат без слышимого шума.
Синяя линия показывает отличный результат скорости воздуха в порту для выбранной площади сечения.

Переход в 3D-мир: придание формы корпусу


Стандартная модель прямоугольного корпуса во вкладке 3D Box
Стандартная модель прямоугольного корпуса во вкладке 3D Box


После того как объем определен, пришло время придать корпусу физическую форму. Перейдя на вкладку 3D Box, SBL представляет акустическую систему в виде простого прямоугольного корпуса с шириной, высотой и глубиной по умолчанию. Это идеальный чистый холст.

Наша цель - создать корпус, который не просто стоит на столе, а «смотрит» на вас. Слегка наклоненный, почти как пара студийных мониторов, расположенных для правильного прослушивания в ближнем поле. И это подводит нас к одной из самых недооцененных функций в SBL - возможности менять основание, используемое для экструзии.

Изменение основы на Однобок. трапеция (One-side Trapezoid)

Этот небольшой, но важный элемент дизайна придает корпусу индивидуальность. Чтобы настроить основание, откройте экран Structure, а затем - свойства короба. Там вы найдете опцию выбора основания выдавливания. Среди нескольких форм Однобок. трапеция (One-side Trapezoid) идеально подходит для наших целей. После применения она придает коробу характерный наклон вперед.

В той же панели я выбрал толщину материала - 12 мм фанеру, разумное значение для небольшого корпуса ближнего поля. Она достаточно жесткая, ее легко найти, и она позволяет сохранить малый вес без ущерба для жесткости.

Вы также можете ввести значения высоты и длины в этом же окне, но для данной сборки мы позволим приложению позже рассчитать высоту на основе полезного объема, в то время как ширину и глубину мы установим вручную после этого. После подтверждения этих базовых настроек кнопка Сохранить (Save) зафиксирует их и обновит короб в 3D-виде.

Всегда приятно видеть, как корпус мгновенно обретает индивидуальные черты.

Доступ к окну свойств короба для настройки основания Однобок. трапеция (One-side Trapezoid)
Доступ к окну свойств короба для настройки основания Однобок. трапеция (One-side Trapezoid)
Доступ к окну свойств короба для настройки основания Однобок. трапеция (One-side Trapezoid)
Открытие окна свойств короба для настройки основы Однобок. трапеция (One-side Trapezoid)
Открытие окна Свойства короба для настройки основания Однобок. трапеция (One-side Trapezoid)
Открытие окна свойств короба для настройки основы Однобок. трапеция (One-side Trapezoid)
Настройка основания корпуса на Однобок. трапеция (One-side Trapezoid) и установка толщины материала

Настройка размеров с включенными Границами короба (Box bounds)

Чтобы точно настроить внешнюю геометрию корпуса, я включил оверлей Границы короба (Box bounds) - один из самых наглядных и удобных способов управления размерами корпуса внутри Speaker Box Lite. При активации границы короба отображаются с редактируемыми маркерами размеров.

Нажатие на эти маркеры позволяет напрямую изменять ширину, длину или высоту. Для компактной полочной колонки я решил задать ширину 182 мм и глубину 190 мм, оставив высоту автоматически вычисляемым размером, который приложение подстраивает так, чтобы общий внутренний объем оставался равным 4,9 литра.

Одним из преимуществ такого подхода является то, что вам не нужно вручную следить за объемом. Speaker Box Lite берет на себя логику сохранения объема, позволяя вам сосредоточиться исключительно на эргономике и визуальном восприятии пропорций.

Лицевая панель теперь наклонена вверх, основание корпуса компактно, а геометрия сбалансирована. Пришло время доработать узлы соединений.


Включение оверлея Границы короба (Box bounds) для настройки размеров корпуса
Включение оверлея Границы короба (Box bounds) для настройки размеров корпуса
Включение оверлея Границы короба (Box bounds) для настройки размеров корпуса
Включение оверлея Границы короба (Box bounds) для корректировки размеров корпуса
Включение оверлея Границы короба (Box bounds) для настройки размеров корпуса
Регулировка размеров корпуса с помощью Границы короба (Box bounds) и сохранение объема 4,9 л

Улучшение внешнего вида с помощью соединений встык

Небольшая эстетическая деталь может кардинально изменить восприятие акустической системы. В данном случае я хотел сделать левую и правую панели корпуса немного шире, чтобы передняя, задняя, верхняя и нижняя панели оказались утоплены внутри этой рамки - подобно дизайну бутиковых мониторов.

Чтобы добиться этого, откройте меню, показанное на скриншоте, и выберите Параметры Грани Короба (Box`s Edges). SBL подсвечивает каждую грань зелеными четырехугольниками. Выбрав четырехугольники, соответствующие левой и правой граням, я изменил тип их торцевого соединения на тот, который располагает эти панели снаружи - фактически выделяя их визуально.

Эта модификация подготавливает корпус к реализации эстетического решения, при котором остальные грани будут слегка утоплены. Как только это будет сделано, следующим шагом станет углубление этих оставшихся граней.


Настройка параметров соединения встык для сборки с утопленными панелями в Speaker Box Lite
Настройка параметров соединения встык для сборки с утопленными панелями в Speaker Box Lite
Настройка параметров соединения встык для сборки с утопленными панелями в Speaker Box Lite
Настройка параметров соединения встык для сборки с утопленными панелями в Speaker Box Lite

Углубление остальных граней

При нажатии на любую грань открывается модальное окно с несколькими геометрическими параметрами, один из которых - углубление грани. Для каждой из небоковых граней (передней, задней, верхней, нижней) я ввел 16 мм углубления. Это смещает панель внутрь, создавая тот самый красивый эффект «утопленных» панелей, которого мы хотели добиться ранее.

После применения изменений 3D-вид мгновенно обновляется, демонстрируя изысканный корпус, напоминающий акустику ручной работы с утонченным дизайном. Это небольшая деталь, но она превращает конструкцию из обычного «самодельного ящика» в изделие, сопоставимое по качеству исполнения с музыкальным инструментом.


Доступ к модальному окну свойств грани для настройки углубления панели корпуса
Доступ к модальному окну свойств грани для настройки углубления панели корпуса
Доступ к модальному окну свойств грани для настройки углубления панели корпуса
Доступ к модальному окну свойств грани для настройки углубления панелей корпуса
Повторите это для всех оставшихся граней, чтобы увидеть конечный результат.

Установка динамика на наклонную грань

Наступает приятный момент: установка динамика на корпус. В Инспекторе объектов (Objects inspector) вы увидите динамик DS135-8, который мы выбрали ранее. Нажмите на динамик, а затем - на грань, на которую вы хотите его установить. Поскольку наша передняя панель наклонная, логично будет установить динамик именно туда.

После появления динамика вы можете нажать и удерживать его, чтобы активировать синий диск выравнивания. Это позволит вам точно отцентрировать динамик, перемещая его. Как только вы отпустите палец, динамик встанет на свое место, надежно расположившись на наклонной передней панели.

Корпус начинает оживать - он обретает свою индивидуальность.


Динамик DS135-8 установлен и отцентрирован на наклонной передней панели утопленного корпуса
Динамик DS135-8 установлен и отцентрирован на наклонной передней панели утопленного корпуса


Добавление порта, его центрирование и подготовка к созданию раскрыва

Когда НЧ-динамик установлен, пришло время добавить порт. Как и в случае с динамиком, откройте Инспектор объектов (Objects inspector), выберите порт и нажмите на ту же наклонную грань - или на другую грань, если вы предпочитаете иной внешний вид.

Порт появится в виде цилиндрической заготовки. Снова используйте долгое нажатие, дождитесь появления синего диска и перемещайте порт, пока он не окажется точно по центру. Теперь геометрия начинает напоминать финальный продукт.

Но этот корпус заслуживает более совершенного решения, чем простая прямая труба.

Настройка порта с фланцами и прямоугольным раструбом

Порт с фланцами снижает турбулентность воздуха и слышимые призвуки, которые особенно заметны при прослушивании в ближнем поле. Чтобы настроить это:

  1. Откройте окно свойств порта в Инспекторе объектов (Objects inspector).
  2. В разделе Раскрывы (Flared ends) выберите тип скругления - для каждого конца допускается только один тип.
  3. Установите Раскрыв радиус (Flared radius) на 16 мм.
  4. Для раструба выберите Mouth waveguide type: RECT.
  5. Для соединения раструба также выберите RECT.
  6. Добавьте 10 мм к дополнительной ширине и высоте, чтобы расширить прямоугольный раструб волновода.


Настройка порта с фланцами и прямоугольным раструбом
Настройка порта с фланцами и прямоугольным раструбом
Настройка порта с фланцами и прямоугольным раструбом
Настройка порта с фланцами и прямоугольным раструбом-волноводом

Speaker Box Lite мгновенно изменяет геометрию, создавая изящный прямоугольный раструб, который оптимизирует воздушный поток и придает колонке более современную, скульптурную эстетику передней панели.

На данном этапе корпус выглядит почти так же, как на скриншотах - компактная трапеция под небольшим углом, с изящно интегрированным расширяющимся портом и центрированным динамиком.


Финальная геометрия корпуса акустической системы с 16-мм расширяющимся портом и волноводом с прямоугольным устьем
Финальная геометрия корпуса акустической системы с 16-мм расширяющимся портом и волноводом с прямоугольным устьем
Финальная геометрия корпуса акустической системы с 16-мм расширяющимся портом и волноводом с прямоугольным устьем
Итоговая геометрия корпуса АС с 16-мм расширяющимся портом и прямоугольным волноводом
Финальная геометрия корпуса с 16-мм расширяющимся портом и волноводом с прямоугольным устьем

Заключительный этап: чертежи и раскрой

Когда все детали на своих местах, остается рутинная, но необходимая задача: подготовка карт раскроя. Откройте экран Чертеж, и SBL автоматически сгенерирует чертеж. Размеры учитывают выбранную вами геометрию, включая углы трапеции, утопленные грани, соединения встык, раструбы портов и точные размеры панелей.

Теперь путь перемещается от экранов в мастерскую. Выпилите панели из 12-мм фанеры, соберите их согласно модели, установите динамик и порт - и у вас получится та самая элегантная басс (Bass)-рефлекторная полочная акустическая система, которую мы проектировали на протяжении этой статьи.

Она компактная, выразительная, направлена под углом прямо на слушателя, достаточно мала для размещения на столе и акустически настроена для сбалансированного воспроизведения в ближнем поле.


Экспорт порта в STL для 3D-печати

Прежде чем завершить процесс проектирования, стоит упомянуть еще об одной мощной функции Speaker Box Lite. После настройки порта - со всеми его расширениями, волноводом устья и геометрическими доработками - вы можете экспортировать порт как 3D-модель STL. Это позволяет распечатать его на любом стандартном 3D-принтере. Кастомные порты часто превосходят стандартные трубы, обеспечивая более плавный воздушный поток, лучшие переходы раскрыва и идеальную посадку в корпус. С помощью экспорта в STL виртуальный проект становится физическим компонентом, который можно установить непосредственно в корпус.

Экспорт кастомного порта с раструбом в STL-файл для 3D-печати
Экспорт кастомного порта с раструбом в STL-файл для 3D-печати
Экспорт кастомного порта с раструбом в STL-файл для 3D-печати
Экспорт кастомного порта с раскрывом в STL-файл для 3D-печати
Экспорт кастомного порта с раскрывом в STL-файл для 3D-печати
Экспорт кастомного фазоинвертора с раструбом в STL-файл для 3D-печати

Заключение

Проектирование акустической системы - это диалог между акустикой и эстетикой. Используя Speaker Box Lite не только для симуляции, но и для моделирования, формообразования и визуального анализа, вы получаете инструментарий, который исключает работу наугад, заменяя ее интуитивно понятным и отзывчивым процессом проектирования.

Начиная с выбора динамика DS135-8, через сравнение вариантов настройки, уточнение объема, моделирование трапециевидного корпуса, размещение компонентов и проектирование порта с раструбом - каждый этап вел к созданию завершенного продукта. То, что начиналось как плоский график и набор параметров Тиля-Смолла, в итоге стало детальной 3D-моделью корпуса, готовой к столярным работам.

И самое главное - это ваша колонка. Спроектированная под ваш рабочий стол, ваш эстетический вкус, ваше расстояние прослушивания и ваши звуковые приоритеты.

👉 Проект, разработанный в этой статье, также доступен непосредственно в Speaker Box Lite по ссылке


Compartilhar:  

Artigos relacionados