Что такое "акустическая нагрузка" и куда динамик расходует энергию? Как получать максимальный КПД, что это и что для этого нужно делать?

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.

3) Балансировка.

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.

4) ...

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.

Успехов!