Волновод WG104-XX/34 для твитеров BlieSMa T34B-4, T34D-4, T34S-4

  Зачем?

В этой статье я познакомлю вас с результатами моих экспериментов по разработке компактного корректирующего волновода для одного из моих самых любимых твитеров с бериллиевой диафрагмой BlieSMa T34B-4 (подробный обзор твитера здесь). На текущий момент точка ещё не поставлена, но уже достигнуты, на мой взгляд, неплохие результаты.

Твитер T34B-4 и так хорош сам по себе, как есть. Он рисует очень широкую и отвязанную от колонок звуковою картину, располагающуюся, как правило, за ними. И это очень круто, но иногда бывает, что хочется немного другой звуковой подачи, более крупных, более близких и выразительных звуковых образов. Кроме того, акустические свойства помещений, которые всегда и везде разные, требуют уважительного отношения к себе. Так как характеристики формируемой звуковой картины напрямую связаны с соотношением прямого и диффузного звука, то я решил подкорректировать их небольшим волноводом.

  Постановка задачи

Разрабатываемый волновод должен удовлетворять двум основным требованиям:

1. Снижать дисбаланс пространственной звуковой дисперсии между частотными диапазонами 3-7 кГц и 10-20 кГц

Это позволит ощутимо изменить характер звуковой картины, повысить выразительность звуковых образов и снизить неприятное подчёркивание сибилянтных звуков.

2. Быть максимально компактным

Повышение отдачи, снижение искажений в нижнем диапазоне высоких частот и улучшение временнОго согласования с конусными среднечастотниками за счёт сближения акустических центров по глубине не являются приоритетной задачей этого дизайна, но будут приятным бонусом.

  Конструкция

Разработка волновода WG104-XX/34 (индекс "34" в конце наименования означает отношение к диафрагме диаметром 34 мм) производилась итеративным методом, основываясь на измерениях опытных бразцов, анализа их поведения и внесения корректив в последующие версии. Опытные образцы изготавливались очень точно из МДФ методом ЧПУ фрезерования.

Размер волновода выбран максимально компактным, меньше уже некуда - 104 мм в диаметре, что совпадает с диаметром фланца самого твитера.

Волновод имеет абсолютно простую конструкцию, так как его тыльная сторона полностью гладкая. Он используется накладка на фланец твитера, у которого предварительно снята защитная решётка. Также возможен вариант с крепёжными отверстиями.

Волновод может быть изготовлен из любого твёрдого материала (стекловолокно, гетинакс, акрил, капролон, дерево, металл) методом ЧПУ фрезерования или токарной обработки. Также возможно изготовление методом 3D печати.

Волноводы подходят как для бериллиевого T34B-4, так и для алмазного T34D-4 твитера благодаря идентичности геометрии их диафрагм.

Измерения производились в щите 1650х850 мм на расстоянии 315мм до микрофона. Измерительный сигнал - логарифмический свип-тон наряжением 2.83 Вольта.

  Измерения твитера T34B-4 без волновода

Ниже приведены диаграммы внеосевых АЧХ - обычная и нормализованная, на которой осевая АЧХ принята за опорную, а внеосевые отражают только разницу с ней. Измерения производились со снятой защитной решёткой. Для снижения влияния паразитной дифракции от любых неоднородностей фланца твитера (карманы крепёжных отверстий, монтажная канавка защитной решётки) пространство вокруг диафрагмы было покрыто листами бумаги.  

Очень ровная и гладкая АЧХ, неравномерность в диапазоне 1.5 - 26 кГц не превышает +/-0.5 дБ.

Очень широкая пространственная дисперсия вплоть до точки загиба на 6 кГц.

Ниже приведены результаты моделирования поведения твитера с фильтром ВЧ в программе VituixCAD. Целевая кривая излучаемой мощности принята в виде прямой линии с наклоном минус 1 дБ/октава в сторону высоких частот. Такой наклон не догма, но, из моего личного опыта, в большинстве случаев даёт хороший результат в жилых помещениях.

Первая диаграмма. Цель моделирования - получение ровной осевой АЧХ звукового давления и анализ частотной характеристики излучаемой мощности и индекса направленности DI: 

Видим, что если за критерий проектирования принять горизонтальность осевой АЧХ, то присутствует избыточная излучаемая мощность в полосе до 10 кГц по отношению с диапазоном выше 10 кГц. DI очень медленно растёт до 6 кГц, после чего наступает перегиб и равномерный рост происходит с заметно большей скоростью.

Вторая диаграмма. Цель моделирования - получение характеристики излучаемой мощности с наклоном, соответствующим наклону целевой кривой минус 1дБ/октава:

Так как любые манипуляции в электрической области не влияют на пространственную дисперсию твитера, то кривая DI осталась неизменной. А вот выравнивание энергетического баланса привело к сильному задиру осевой АЧХ выше 7 кГц.

Третья диаграмма - то же самое, что и вторая, только уровень подаваемого на твитер сигнала уменьшен таким образом, чтобы фактическая кривая мощности совпадала с целевой кривой и по наклону, и по уровню. Это сделано для удобства сравнения с последующими диаграммами работы твитера с волноводом:

  Волновод для T34B-4

Ниже приведены диаграммы внеосевых характеристик и результаты моделирования для версий волновода, которые по каким-либо причинам показались мне интересными. Каждая версия обладает своими особенностями, определяющими их поведение и применение в АС. Моделирование производилось по критерию совпадения характеристики излучаемой мощности с целевой кривой. Фильтр высоких частот - полностью пассивный. Уровень входного сигнала неизменный для всех версий волновода - 2.83 Вольта:

Отличительной особенностью эффекта влияния всех волноводов является:

• повышение осевой отдачи в области ниже 7.5 - 11 кГц минимум на 1 дБ, максимум до 3 - 4 дБ в области 4 - 4.5 кГц
• снижение отдачи выше 7.5 - 11 кГц в среднем на 2 дБ
• характеристика излучаемой мощностью совпадает с целевой кривой, при этом осевая АЧХ сохраняет ровный горизонтальный характер
• точка начала сужения дисперсии (роста DI) снизилась с 6 кГц в среднем до 3.5 кГц
• версии волновода WG104-7/34, WG104-8/34, WG104-9/34 обладают равномерным ростом индекса направленности DI
• версии волновода WG104-3/34, WG104-4/34 характеризуются индексом направленности, выходящим на более-менее плоский участок, начиная с 6 и 7 кГц соответственно

  All-inclusive для T34B-4

А вот самая главная и наиболее иллюстративная диаграмма, обобщающая результаты всех экспериментов. Я расчитываю на определённый уровень компетенции моих читателей, поэтому, оставлю её без комментариев. Надеюсь, многие найдут её очень полезной.

  Цена и как приобрести

В данный момент предлагается комплект документации, необходимой для самостоятельного изготовления волновода любой из рассмотренных версий.

Состав комплекта:

1. Файл графического чертежа в формате PDF (для одной версии волновода)
2. Файл в формате STL для печати на 3D принтере (для одной версии волновода)
3. Файл в формате STEP для печати на 3D принтере (для одной версии волновода)
4. Файл в формате IGES
5. Файлы профиля волновода в векторных форматах DXF и DWG

Стоимость документации для изготовления одной версии волновода - 50 EURO. Оплата принимается только через платёжную систему PayPal. Документация отправляется покупателю по электронной почте в течение 24 часов с момента оплаты.

Запросы на приобретение отправляйте на hificompass@gmail.com

  Измерения твитера T34S-4 без волновода

В марте 2025 года BlieSMa выпустила новый твитер T34S-4 с 34-миллиметровой шёлковой диафрагмой (обзор здесь). Измерения показали очевидную благосклонность твитера к использованию совместно с волноводом. Ниже приведены диаграммы внеосевых АЧХ - обычная и нормализованная, на которой осевая АЧХ принята за опорную, а внеосевые отражают только разницу с ней. Измерения производились с защитной решёткой:

Итак, что мы видим? Первое - АЧХ имеет наклонный характер с плавным подъёмом в сторону высоких частот. Диапазон 2 - 5 кГц как бы немного просажен, поэтому просится применение волновода для акустического усиления этого участка. Второе - резкое расщепление внеосевых характеристик начиная с 4 кГц, что означает резкое изменение индекса направленности DI. Третье - пространственная дисперсия у T34S-4 далеко не такая широкая, как у твитера T34B-4.

Ниже приведены частотные характеристики звукового давления на главной оси (чёрная кривая), полной излучаемой мощности (синяя) и индекса направленности (красная), полученные после экспорта внеосевых характеристик в программу VituixCAD:

Ни осевая АЧХ, ни характеристика полной мощности не соответствуют ни одному из разумных критериев проектирования - плоской АЧХ или линейной кривой полной мощности с наклоном минус 1дБ/октава.

Следующая диаграмма (как и в случае с T34B-4) была полученая после моделирования корректирующей цепи с целью достижения линейной характеристики полной мощности с наклоном минус 1дБ/октава. Такой наклон не является догмой, но в большинстве случаев даёт хороший результат в жилых помещениях. К нему я также буду стремиться при последующем анализе эффективности волноводов:

Достаточно несложными схемотехническими решениями удалось "уложить" характеристику полной мощности на целевую кривую только в диапазоне 2 - 10 кГц. Вытягивать верхнюю октаву нерационально из-за слишком большого спада мощности. Вроде задача решена, но только частично - осевая АЧХ получилась задранной вверх, поэтому, твитер с такой настройкой будет звучать слишком ярко и агрессивно на высоких частотах. Что ж, такому твитеру волновод, как говорится, сам Бог велел.

  Волновод для T34S-4

Я протестировал c T34S-4 все версии волновода WG104-XX/34, разработанные для твитера T34B-4. Многие из них показали довольно неплохие результаты. Ниже приведены диаграммы внеосевых характеристик и результаты моделирования корректирующей схемы для трёх лучших версий, которые по каким-либо причинам показались мне интересными. Каждая версия обладает своими особенностями, определяющими их поведение и применение в АС. Моделирование производилось по критерию совпадения характеристики излучаемой мощности с целевой кривой:

Основные особенности применения всех волноводов:

• заметное повышение осевой отдачи и излучаемой мощности в области ниже 8 кГц, за счёт чего происходит существенная линеаризация осевой АЧХ
• падение осевой отдачи, с одновременным повышением излучаемой мощности выше 17 кГц из-за расширения звуковой дисперсии и снижения направленности
• небольшое снижение осевой отдачи и излучаемой мощности между 8 и 13 кГц
• устраняется резкий излом индекса направленности DI, он становится плавно растущим с частотой
• версии волновода WG104-1/34, WG104-2/34 и WG104-6/34 немного отличаются поведением в интервале 5 - 12 кГц. Чем больше номер версии, тем больше акцент в полосе 4 - 12 кГц

 

На этой диаграмме приведены измерения для твитера T34S-4 без волновода и с волноводами WG104-1/34, WG104-2/34 и WG104-6/34:

  Промежуточные варианты для T34S-4

  All-inclusive для T34S-4

А вот самые полные и наиболее иллюстративные диаграммы, обобщающие результаты всех экспериментов:

  Отзывы

Pawel, Poland

Dear Yevgeniy,

I have already visited the anechoic chamber and I have the measurement results of both waveguides from your project. I reached for the prototype housing from our Pulse monitors which are the ideal candidate for using these waveguides. The measurements came out very well. There is no great revolution here as with the full-size waveguide but rather an evolution in a very good direction. After minor changes in the crossover design, it turns out that the DI has improved and is now more even. The problem in the 4-7 kHz range has disappeared where without the waveguide I had a drop in DI and there was "too much sound". Now the characteristics on and off axis are very good. Especially with waveguide no. 8 it looks great both in measurements and visually. Thank you for the project. I am very pleased with the results. This is exactly what I needed. I have to order the first batch of waveguides from anodized aluminum. I am attaching the results of measurements before and after the application of waveguide no. 8.

Before:

With waveguide: