Фазоинвертор. Сдвиг по фазе, или Зачем сзади музыкальной колонки находится отверстие?

Общепринятый факт, что существует всего два варианта корпуса акустических систем: это закрытый ящик, где все герметично собрано без отверстий, и так называемый полузакрытый. Чаще встречается герметичный полузакрытый короб с фазоинвертором - отверстием, углубляющимся внутрь колонки, вот как у колонок бренда ELTRONIC. Располагаются фазоинверторы, как правило, на задней стенке акустики, но также существуют и фазоинверторы, установленные на передней стенке рядом с динамиком. Они представляют собой трубку-цилиндр, раструб в большинстве случаев круглой или овальной формы.

Для чего необходимо это странное отверстие?

Тут нам не обойдись без физики. Как известно, звук представляет собой амплитуду колебаний воздуха от пиковых низких до пиковых высоких значений, так называемая волноформа.

Тишина — это когда амплитуда колебаний звуковой волны находится на отметке 0. Громкость звука увеличивается за счет увеличения амплитуды колебаний. Например, что будет, если мы услышим в моменте два одинаковых звука? Правильно - громкость их увеличится в два раза.

А как усилить этот звук?

Ключевое слово здесь «в моменте», то есть оба звука должны прозвучать одновременно, другими словами их волна должна быть в фазе. То есть пиковые значения и спады обеих волноформ звука должны совпадать друг с другом, ибо только при этом условии они складываются, а их КПД увеличивается. Существует также и обратное явление - противофаза. Это когда пик одной звуковой волны приходится на спад другой и отстает ровно наполовину. При таком явлении волны взаимовычитаются и, следовательно, стремятся к нулю, взаимоуничтожаясь. Если же фазу второй волны подвинуть чуть дальше от первой, допустим на четверть длины волны, то произойдет сдвиг по фазе - звук потеряет четкость и выразительность.

Работающий динамик производит звуковую волну, идущую из фронтальной поверхности собственного диффузора.

Но оказывается, что звучит он не только спереди, но также и с тыльной стороны внутрь корпуса колонки, преимущественно низкими и средними частотами. Вот и было придумано полезным образом использовать эту пропадающую силу звучания, что ранее безвозвратно терялась в черной бездне внутри корпуса акустической системы.

Принцип действия фазоинвертора следующий: с помощью акустического резонатора сигнал с тыльной стороны динамика нужно задержать на определенное время и инвертировать (перевернуть) звуковую волноформу так, чтобы на выходе из раструба она точно совпадала по фазе с сигналом фронтальной стороны динамика и, как следствие, увеличивала КПД звукового давления.

Почему чаще всего фазоинверторы используются именно в сабвуферах и широкополосных акустических системах?

Ответ прост. Из физики нам известно, что высокие звуки формируются за счет частых колебаний волны и короткой длины на единицу времени, а низкие, наоборот, за счет большей длины волны и редких колебаний. Плюс к тому низкие звуки больше подвержены отражениям в пространстве и хуже воспринимаются человеческим ухом, чем средние частоты.

Лучше всего человеческое ухо реагирует на среднечастотный диапазон в области от 1 до 4 кГц. Просто физиологически так сложилось, что именно в этом отрезке находятся основные активные частоты человеческой речи. А вот басовые частоты, особенно на малой громкости, слышатся тише.

Так что если мы возьмем две акустические системы одинаковой мощности, с одинаковыми частотными характеристиками, но с разными вариантами корпусов, то у той, что оснащена  фазоинвертором, показатель КПД звукового давления в низкочастотном сегменте, как правило, будет большим примерно на 3 дБ, нежели чем у системы с закрытым ящиком.

Опираясь на все вышесказанное и помня про увеличение КПД звукового давления, прогрессивное аудиофильское человечество и изобрело «систему выравнивания» этого пробела в уровне целостности восприятия картины звука – фазоинвертор.

Российский бренд ELTRONIC практически все модели снабжает фазоинверторами. От самых больших, высотой более метра, до самых маленьких, не выше 30 см, все имеют фазоинверторы. Поэтому у них широкий диапазон звучания. Убедиться в этом можно, перейдя по ссылке:

https://clck.ru/345Unm