TQWP (расширяющаяся четвертьволновая труба)

     Акустическое оформление TQWP (Tapered Quarter-Wave Pipe – Расширяющаяся Четвертьволновая Труба) впервые было описано Полом Войтом (Paul Voight) в 1930 году и является по сути рупором, настроенным на частоту резонанса динамической головки. Серийно акустические системы TQWP производила известная в аудиофильских кругах фирма Lauther, устанавливавшая в них широкополосные динамики с большой характеристической чувствительностью. Такое решение имеет ряд преимуществ с точки зрения электроакустики. Во-первых АС лишена разделительных фильтров и поэтому характеристика её входного импеданса совпадает с характеристикой импеданса головки, что существенно упрощает сопряжение системы с любыми усилителями. Высокая чувствительность делает АС лёгкой нагрузкой для маломощных УМЗЧ, что немаловажно для ламповых, но так же неплохо и для транзисторных усилителей, особенно работающих в чистом классе "А". Кроме того наличие всего лишь одного динамика улучшает ФЧХ АС, что благоприятно сказывается на локализации источников звука и способности воспроизводить быстрые сигналы. С другой стороны у такого подхода есть и недостатки – например ухудшение диаграммы направленности при больших уровнях громкости из-за эффекта зонального излучения – к ним мы ещё вернемся.

     С точки зрения D.I.Y. TQWP так же имеет ряд преимуществ. В частности – отсутствие необходимости в изготовлении разделительного фильтра, тонкой настройки фазоинвертора и многих других операций, без которых нельзя обойтись при постройке обычных АС. С другой стороны габариты корпуса получаются довольно внушительными, что заставляет обращать особое внимание на подавление механических резонансов.

     TQWP является по сути одним из самых оптимальных и теоретически обоснованных (после плоского экрана) акустических оформлений, и представляет собой – как следует из названия – четвертьволновой рупор. С точки зрения акустики любой рупор является резонатором с "гребёнчатой" частотной характеристикой. То есть общая неравномерность АЧХ системы существенно выше, чем у собственно динамической головки. Как нетрудно догадаться, длина корпуса составляет 1/4 длины волны на частоте механического резонанса динамической головки. То есть L = 340/4Fs = 85/Fs. Длина трубы L и положение оси динамика относительно закрытого конца трубы D связаны соотношением.

     Видно, что при St = 0 (то есть если рупор в профиль имеет треугольную форму) D = L/2, то есть динамик должен располагаться точно посередине передней панели корпуса. Однако по ряду причин это не желательно. Во-первых в этом случае динамик попадает в пучность стоячей волны 2-й гармоники. В результате на АЧХ появляется аномалия на частоте 4Fs, что на слух выражается в виде крайне трудноустранимых призвуков и бубнения в нижней середине – то есть в наиболее критичном для качественной передачи музыкальных сигналов диапазоне. Во-вторых конструктивно трубу Войта как правило выполняют "сложенной" вдвое или (реже) более раз. Если соблюдать определённые требования, на которых мы более подробно остановися чуть ниже, то на акустических свойствах оформления такая мера никак не сказывается, зато позволяет сделать систему более компактной. Понятно, что в описанном случае при St = 0 разместить динамик на передней панели корпуса невозможно.

     На рисунке представлена схема TQWP, сложившаяся к середине прошлого века и ставшая в итоге канонической. Глубина корпуса B = (St + Sm)/W, а высота H = L/2 + h, где высота выходного канала h = Sэфф/W, то есть его площадь равна эффективной площади излучателя. Причём ширина корпуса W = d/2 + s = L - 2D, где d – диаметр головки, s – расстояние между краем динамика и стенками корпуса. Глубину выходного канала r = St/W следует выбирать такой, чтобы выполнялось соотношение (L - W)/2 = D, иными словами ширина корпуса не может быть меньше величины, определяемой суммой диаметра корзины динамика и удвоенного минимального расстояния от края динамика до стенок корпуса (d + 2s). Где D – положение оси динамика. Не желательно, чтобы значение r было больше 3..5 см, в противном случае канал начнёт оказывать влияние на акустические свойства оформления. К недостаткам этой схемы следует отнести наличие паразитного резонанса на частоте F' = 340/(4(L/2 - A)), так как задняя часть трубы сама начинает работать как четвертьволновой резонатор. Но этот резонанс достаточно эффективно подавляется посредством демпфирования звукопоглащающими материалами.