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无线电电子与电气工程百科全书 反相器的理论与实践。 无线电电子电气工程百科全书
经作者同意转载的意大利声学家的文章最初标题为 Teoria e pratica del condto di Acco。 也就是说，直译为“反相器的理论与实践”。 我们认为，这个标题仅在形式上对应于文章的内容。 事实上，我们正在讨论最简单的反相器理论模型与实践中正在准备的那些惊喜之间的关系。 但这——虽然是形式上和表面上的。 但本质上，这篇文章包含了对在计算和制造反相器低音炮时一直出现的问题的答案，从社论邮件来看。 问题一：“如果用早已知道的公式计算逆变器，那么成品逆变器会有计算出的频率吗？” 我们的意大利同事一生中用逆变器吃掉了大约十几只狗，他回答说：“不，这是行不通的。” 然后他解释了为什么，最重要的是，它在多大程度上行不通。 问题二：“我计算了隧道，但它太长了，放不下任何地方。怎么办？” 在这里，签名者提供了如此新颖的解决方案，以至于我们将其放在标题中的正是他工作的这一方面。 因此，新标题中的关键词不应以新的俄语方式理解（否则我们会写：“简而言之 - 反相器”），而应按字面意思理解。 几何上。 现在马塔拉佐先生可以发言了。 反相器：简而言之！
图 1. 亥姆霍兹谐振器示意图。 一切都来自于此。
图2. 反相器的经典设计。 在这种情况下，通常不考虑墙壁的影响。
图 3.带有隧道的相位逆变器，其末端位于自由空间中。 这里没有墙效应。
图 4. 您可以将隧道完全移出。 这里又会出现“虚拟伸长”。
图 5. 通过制作另一个法兰，您可以在隧道的两端获得“虚拟延伸”。
图 6. 远离箱壁的槽形隧道。
图 7. 位于墙壁附近的狭缝隧道。 由于墙壁的影响，其“声学”长度大于几何长度。
图 8. 截锥形隧道。
图 9. 锥形隧道的主要尺寸。
图 10. 锥形隧道开槽版本的尺寸。
图 11. 指数隧道。
图 12.沙漏形状的隧道。
图 13. 沙漏形隧道的主要尺寸。
图 14. 沙漏的开槽版本。 魔术公式 作者电子邮件中最常见的愿望之一是给出一个“神奇公式”，ACS 读者可以通过该公式自己计算逆变器。 原则上来说，这并不困难。 反相器是称为“亥姆霍兹谐振器”的设备的实现之一。 其计算公式并不比此类谐振器最常见且易于理解的模型复杂多少。 一个空的可口可乐瓶（只是一个瓶子，不是一个铝罐）就是这样一个谐振器，调谐到185赫兹的频率，这一点已经得到验证。 然而，亥姆霍兹谐振器甚至比这种流行饮料的包装还要古老，它正在逐渐过时。 然而，亥姆霍兹谐振器的经典方案类似于瓶子（图 1）。 为了使这样的谐振器工作，重要的是它具有体积 V 和横截面积 S 和长度 L 的隧道。知道这一点，亥姆霍兹谐振器（或反相器，即同样的事情）现在可以通过以下公式计算：
其中 Fb 是调谐频率，单位为 Hz，s 是等于 344 m/s 的声速，S 是隧道面积，单位为 sq。 m，L 是隧道的长度（米），V 是盒子的体积（立方米）。 米。 这个公式真的很神奇，因为低音反射设置不依赖于将安装在其中的扬声器的参数。 盒子的体积和隧道的尺寸一劳永逸地决定了调谐的频率。 一切似乎都已完成。 让我们开始吧。 假设我们有一个容量为 50 升的盒子。 我们想把它变成一个调谐到 50Hz 的低音反射盒。 决定隧道直径为8厘米，根据刚才给出的公式，如果隧道长度为50厘米，将获得12,05赫兹的调谐频率。我们精心制造所有部件，将它们组装成一个结构，如图所示2，为了验证，我们测量了反相器实际产生的谐振频率。 令我们惊讶的是，我们发现它不是 50 Hz（根据公式应该是 41 Hz），而是 3 Hz。 出了什么问题，我们哪里出了问题？ 是的，无处可去。 我们新构建的反相器如果制成的话，将被调谐到接近亥姆霍兹公式获得的频率，如图 18 所示。 12. 这种情况最接近公式描述的理想模型：隧道两端“悬在空中”，距离任何障碍物相对较远。 在我们的设计中，隧道的一端与盒子的壁配合。 对于隧道内振荡的空气来说，这并不是无所谓的，因为隧道尽头“法兰”的影响，似乎是它的虚伸长。 反相器将被配置为隧道长度为 XNUMX 厘米，而不是实际的 XNUMX 厘米。 请注意，如果隧道完全放置在盒子外面，再次将其一端与墙壁对齐（图 4），也会发生同样的情况。 隧道的“虚拟伸长”取决于其尺寸，具有经验依赖性。 对于圆形隧道，其中一个切口距离盒子壁（或其他障碍物）足够远，而另一个切口位于壁平面内，则该伸长率大约等于 0,85D。 现在，如果我们将所有常数代入亥姆霍兹公式，引入对“虚拟伸长率”的修正，并用熟悉的单位表示所有尺寸，则最终公式为直径为 D 的隧道长度，这确保了一个盒子音量 V 被调谐到频率 Fb，将如下所示：
正如我们所习惯的，这里频率的单位是赫兹，体积的单位是升，隧道的长度和直径的单位是毫米。 获得的结果很有价值，不仅因为它允许在计算阶段获得接近最终长度值，给出调谐频率所需的值，而且还因为它为缩短隧道开辟了一定的储备。 我们已经赢得了几乎一个直径。 通过在两端制作法兰，可以进一步缩短隧道，同时保持相同的调谐频率，如图 5 所示。 XNUMX. 现在，一切似乎都被考虑在内，有了这个公式，我们似乎就无所不能了。 这就是我们面临困难的地方。 第一个困难 第一个（也是主要）困难如下：如果需要将一个相对较小的盒子调谐到相当低的频率，那么通过将大直径代入隧道长度的公式中，我们将得到一个大长度。 让我们尝试用更小的直径来代替——结果一切都很好。 大直径需要大长度，小直径则需要小长度。 这有什么问题吗？ 这就是什么。 移动时，扬声器纸盆的背面“推动”几乎不可压缩的空气通过反相器通道。 由于振荡空气的体积是恒定的，隧道中的空气速度将比扩散器的振荡速度大很多倍，而隧道横截面积比扩散器面积小很多倍。 如果你把隧道做得比扩压器小十倍，那么里面的流速就会很高，当达到每秒25-27米时，不可避免地会出现湍流和喷射噪音。 伟大的声学系统研究者R.斯莫尔表明，隧道的最小截面取决于扬声器的直径、锥体的最大行程以及反相器的调谐频率。 Small 提出了一个完全凭经验但有效的公式来计算隧道的最小尺寸：
斯莫尔用他熟悉的单位导出了他的公式，因此扬声器直径Ds、最大锥体行程Xmax和最小隧道直径Dmin都以英寸表示。 反相器的调谐频率通常以赫兹为单位。 现在情况看起来并不像以前那么乐观了。 事实证明，如果您选择正确的隧道直径，它会变得非常长。 如果减小直径，即使在中等功率下，隧道也有可能会“吹口哨”。 除了本身的喷射噪声之外，小直径隧道还具有所谓的“器官共振”的倾向，其频率远高于反相器的调谐频率，并且在隧道中被高湍流激发。流量。 面对这种困境，ACS的读者通常会致电编辑寻求解决方案。 我有三个：简单、中等和极限。 小问题的简单解决方案 当隧道的估计长度几乎适合船体并且在相同的设置和横截面积的情况下仅稍微缩短其长度时，我建议使用开槽隧道而不是圆形隧道，并且不要将其放置在船体中位于船体前壁的中部(如图6)，但靠近一侧侧壁(如图7)。 然后，在隧道的尽头，位于盒子内部，“虚拟伸长”的效果将由于其旁边的墙壁而受到影响。 实验表明，在横截面积和调谐频率恒定的情况下，隧道如图 7 所示。 图15中的结构比图6中的结构短约XNUMX%。 XNUMX. 原则上，开槽反相器比圆形反相器更不容易产生器官共振，但为了更好地保护自己，我建议在隧道内安装吸音元件，其形式是粘在隧道内的窄条毛毡上。隧道内表面的三分之一长度区域。 这是一个简单的解决方案。 如果还不够，就得去平均了。 解决更大问题的中等解决方案 一种中等复杂性的解决方案是使用截锥隧道，如图 8 所示。 XNUMX. 我对此类隧道的实验表明，与根据小公式允许的最小横截面积相比，这里可以减少入口的横截面积，而不会产生喷射噪音的危险。 此外，圆锥形隧道比圆柱形隧道更不容易发生器官共振。 1995 年，我编写了一个计算锥形隧道的程序。 它用一系列圆柱形隧道替换圆锥形隧道，并通过逐次逼近计算替换规则等截面隧道所需的长度。 该程序是为每个人设计的，可以从 ACS 杂志网站 audiocarstereo.it/ 的 ACS 软件部分下载。 一个在DOS下运行的小程序，可以自行下载计算。 你可以用不同的方式来做。 在准备本文的俄语版本时，使用 CONICO 程序的计算结果总结在一个表格中，您可以从中获取最终版本。 该表是针对直径为 80 毫米的隧道编制的。 该直径值适用于大多数锥体直径为 250 毫米的低音炮。 使用公式计算出隧道所需的长度后，在第一列中找到该值。 例如，根据您的计算，结果表明您需要一条400毫米长的隧道，例如将一个容积为30升的盒子调谐到33赫兹的频率。 这个项目并不简单，在这样一个盒子里放置这样一条隧道并不容易。 现在看看接下来的三列。 它显示了程序计算出的等效圆锥形隧道的尺寸，其长度将不再是400，而是只有250毫米。 完全是另一回事。 表中尺寸的含义如图 9 所示。 XNUMX.
表2是针对直径为100mm的初始隧道编制的。 这适合大多数带有 300 毫米驱动器的低音炮。 如果您决定自己使用该程序，请记住：截锥形隧道的母线 a 的倾斜角为 2 到 4 度。 不建议超过 6 - 8 度的角度，在这种情况下，隧道入口（狭窄）端可能会出现湍流和喷射噪音。 然而，即使锥度很小，隧道长度的减少也是相当显着的。 截锥形式的隧道不必具有圆形横截面。 与常规的圆柱形一样，有时将其制成带槽的形式更方便。 甚至，通常来说，它更方便，因为它是由扁平部件组装而成的。 表中以下各列给出了锥形隧道开槽版本的尺寸，这些尺寸的含义如图 10 所示。 XNUMX. 用锥形隧道取代传统隧道可以解决许多问题。 但不是所有的。 有时，隧道的长度太大，即使缩短 30 - 35% 也不够。 对于这些疑难病例... ...解决大问题的极端方法 一种极端的解决方案是使用具有指数轮廓的隧道，如图 11 所示。 12. 对于这样的隧道，横截面积首先逐渐减小，然后平滑地增大到最大值。 从给定调谐频率的紧凑性、抗喷射噪声和器官共振的角度来看，指数隧道是无与伦比的。 但就制造复杂性而言，它是无与伦比的，即使其轮廓是根据与圆锥形隧道相同的原理计算的。 为了在实践中仍然能够利用指数隧道，我提出了它的修改：隧道，我称之为“沙漏”（图 XNUMX）。 沙漏隧道由一个圆柱形部分和两个圆锥形部分组成，因此外观类似于古代测量时间的仪器。 与原始恒定截面相比，这种几何形状使得隧道可以缩短至少一倍半，甚至更多。 为了计算沙漏，我还编写了一个程序，可以在 ACS 网站上找到它。 就像圆锥形隧道一样，这里有一个包含现成计算选项的表格。
表 3 和表 4 中尺寸的含义将从图 13 中变得清楚。 1. D和d分别是圆柱形截面的直径和圆锥形截面的最大直径，L2和L1是截面的长度。 Lmax是沙漏隧道的总长度，只是为了比较，缩短了多少，但总的来说，这是L2 + 2LXNUMX。 从技术上来说，制作圆形横截面的沙漏并不总是容易和方便的。 因此，这里也可以将其制成异形槽的形式，结果如图14所示。 80. 要更换直径为 50 毫米的隧道，我建议选择槽高度为 100 毫米，更换 60 毫米圆柱形隧道时，建议选择 1 毫米。 那么恒定断面的断面宽度 Wmin 和隧道入口和出口处的最大宽度 Wmax 将与表中相同（断面 L2 和 LXNUMX 的长度 - 与圆形断面的情况相同） ，这里没有任何变化）。 如有必要，可以通过同时调整Wmin和Wmax来改变槽隧道高度h，从而使横截面积（h.Wmin，h.Wmax）的值保持不变。 例如，当我制作调谐频率为 17 Hz 的家庭影院低音炮时，我使用了倒相器的沙漏隧道变体。 预计隧道长度有一米多，通过计算“沙漏”，我将其缩短了近一半，而即使在100瓦左右的功率下也没有噪音。 希望这也能帮助你... 作者简介：让-皮耶罗·马塔拉佐 (Jean-Pierro Matarazzo) 1953 年出生于意大利阿韦利诺。 自70年代初以来，他一直致力于专业声学领域。 多年来，他负责为《Suono》（“声音”）杂志测试声学系统。 90年代，他开发了许多关于扬声器扩散器声音发射过程的新数学模型和多个工业声学系统项目，包括在意大利流行的Opera模型。 自 90 年代末以来，他一直与《Audio Review》、《Digital Video》杂志以及对我们来说最重要的《ACS》（“汽车音响”）杂志积极合作。 在这三项工作中，他负责测量参数和测试声学效果。 还有什么？。 已婚。 两个儿子正在成长，一个7岁，一个10岁。 作者：让-皮耶罗·马塔拉佐。 E. Zhurkova 翻译自意大利语； 出版物：cxem.net
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= 3,14，这是不言而喻的。
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