На соревнованиях заглядываешь в чужую машину, а в ногах у пассажира две длинные трубы с расширяющимся концом. Владелец говорит: «Рупора. Громко, чисто, сцена на лобовом». Через месяц в чате кто-то спрашивает, не поставить ли рупор вместо твитера в стойку. Где в этих словах физика, а где легенда, проверим расчётом.
Как работает рупор?
Маленький купол плохо «цепляется» за воздух: давит на него, как ладонь на воду, и большая часть усилия уходит впустую. Узкое горло рупора заставляет купол толкать небольшой объём воздуха, а плавно расширяющийся канал постепенно передаёт это движение на большую площадь устья. КПД растёт, отдача с того же ватта выше. Попутно стенки держат звук в пределах угла, поэтому у рупора управляемая диаграмма направленности.
Работает это не на всех частотах. Снизу рупор ограничен размером устья: пока длина волны больше окружности устья, звук с него «срывается» и отдача падает.
Чего ждут от рупора и что выходит на деле
«Рупор играет чище любого твитера» отчасти
Высокая отдача значит, что драйверу нужен меньший ход для той же громкости, а меньше ход значит меньше нелинейных искажений. Но горло рупора само добавляет искажений на большой громкости: воздух в нём сжимается нелинейно. Плюс у дешёвых рупоров своя окраска: горбы и провалы от отражений внутри раструба. Так что «чище» бывает, а бывает наоборот.
«Рупор можно поставить куда угодно и сыграть с 500 Гц»
Считаем. По правилу «окружность устья примерно равна длине волны» диаметр устья D = c / (π·f). Для 300 Гц выходит 36 см, для 1 кГц около 11 см, для 2,5 кГц около 4,4 см. Поэтому автомобильные рупора, которые реально влезают под торпеду, обычно работают от 1 кГц и выше, а длинную трубу кладут в ноги именно ради размера. Рупор на середину в стойку это фантазия: физически он не поместится.
«Рупора дают сцену на лобовом сами по себе»
Сцену дают углы и расстояния. Рупор светит узким лучом, и если его направить в лобовое, он действительно играет на отражение от стекла, как у меня играют СЧ динамики. Узкий луч меньше цепляет боковые стекла, и это правда плюс. Но из-за этого же луча звук сильно зависит от точки: сдвинулся, и верх поменялся.
«Рупор громкий, значит ему не нужна мощность»
Громкий на ватт, да. Мощность ему нужна небольшая, и это даже ловушка: у рупорного драйвера высокая чувствительность, поэтому шум и шипение усилителя тоже слышно лучше. Гейн и уровень выставляй аккуратно.
Рупор или обычный твитер: что в итоге
| Рупор | Обычный твитер | |
|---|---|---|
| Отдача на ватт | Высокая | Средняя, у ESB 9.1T-28 91,5 дБ/1 Вт |
| Нижняя граница | Задаёт устье, обычно от 1 кГц | Задаёт резонанс и ход купола |
| Направленность | Узкая, управляемая | Широкая, сужается к верху |
| Место в машине | Под торпедой, в ногах | Стойки, панель, штатные места |
| Настройка | Сложнее, сильно зависит от угла | Проще прощает ошибки |
У меня во фронте обычные твитеры ESB 9.1T-28 с разделом около 2,5 кГц, и на мои задачи этого хватает с запасом. Рупор я бы брал тогда, когда нужна большая громкость без напряга и есть место под торпедой. Другими словами, это инструмент под задачу, а не волшебная палочка.
Куда ставить рупор и как его стыковать
Автомобильные рупора чаще всего ставят под торпеду, в ноги водителю и пассажиру: длинный звуковод там помещается, а устье направляют в лобовое стекло. Звук приходит к слушателю через отражение, и узкий луч меньше цепляет боковые стекла. Плата за это: звук сильно зависит от точки, сдвинул голову, и верх поменялся. Под такую установку обычно переделывают торпеду.
Рупорному драйверу обязательно нужен ФВЧ. Ниже частоты, которую задаёт размер устья, рупор перестаёт нагружать купол воздухом, отдача падает, а ход растёт. Если пытаться компенсировать спад эквалайзером, драйвер быстро упрётся в искажения. Для рупоров, которые влезают под торпеду, ориентир раздела от 1 кГц и выше.
Раздел ставят там, где рупор уже уверенно работает, и проверяют, совпадает ли направленность рупора и СЧ динамика на частоте раздела. Рупор светит узким лучом, а СЧ динамик на той же частоте шире, поэтому баланс прямого и отражённого звука на стыке может разойтись. Подгоняют такой стык только по замеру в точке прослушивания и на слух, подробнее в статье про кроссовер и наклоны фильтров.
Подходит, но это инструмент под задачу. Рупор уместен, когда нужна большая громкость без напряга и есть место под торпедой. Взамен он требует переделки панели и аккуратной настройки углов, а из-за высокой чувствительности на нём лучше слышно шипение усилителя. Для большинства SQ-систем хватает обычных ВЧ динамиков в стойках или панели.
Что спросить у установщика
- С какой частоты будет играть рупор, и есть ли у него замер с этой частоты?
- Как совпадает его направленность с СЧ динамиком на частоте раздела?
- Не будет ли шипение усилителя слышно при такой чувствительности?
Решать про рупор стоит одновременно с выбором места и оформления, потому что под него переделывают торпеду. Об этом шаг «Подбор компонентов»: какие полосы, какие разделы, что куда влезет.
Держал в руках рупора и не понял, зачем они тебе? Спроси в чате EBAEVSQ, там есть люди, которые с ними ездят.
Источники
- A. G. Webster, «Acoustical impedance, and the theory of horns and of the phonograph», Proceedings of the National Academy of Sciences, 1919
- Л. Беранек, «Акустика» (русский перевод, 1965)
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- Э. Л. Виноградова, «Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками» (МРБ, вып. 966)
- С. Д. Бать, «Любительские громкоговорители»
См. также: Твитер, КПД динамика, Акустическая линза, Направление ВЧ динамиков.