Создание рупорного звена для высокочастотного (ВЧ) динамика — это вершина инженерного мастерства в домашней акустике. В отличие от готовых решений, самодельный рупор дает полный контроль над диаграммой направленности, частотной характеристикой (АЧХ) и тембром звучания. В этой статье мы подробно разберем путь от выбора топологии и драйвера до фрезеровки матриц на ЧПУ и финальной сборки, опираясь на опыт энтузиастов сообщества mysku.club и diyaudio.org.
Зачем нужен рупор в домашней акустике?
Главная проблема любого точечного излучателя (купольного или конусного ВЧ) — сферический волновой фронт. В реальной комнате к слушателю приходит сумма прямого звука и множества отражений от стен, пола и потолка. Это порождает:
- Глубокие провалы и пики на АЧХ (борьба с которыми эквалайзером деградирует фазовую характеристику);
- Размывание звуковой сцены и потерю локализации;
- Изменение тембра при смещении слушателя с оси.
Рупор (волновод) решает эту задачу, управляя диаграммой направленности (Directivity Control). Он «направляет» звук в зону прослушивания, минимизируя излучение в стороны (к стенам) и обеспечивая постоянную direttività (Constant Directivity) в рабочем диапазоне.
«Рупорное ВЧ сохраняет звуковой образ без изменения в области прослушивания. Управление диаграммой направленности рупором и волноводом позволяют избежать эффекта комнатных резонансов»., из опыта автора проекта на mysku.club.
Исторический экскурс и выбор топологии
Не все рупоры одинаковы. Для домашнего Хай-Энда подходят не «трубки» для концертных систем (с узкой диаграммой для дальности), а рупоры постоянной направленности (Constant Directivity — CD).
Ключевые вехи:
- Don Keele (1975) — фундаментальная работа по CD-рупорам.
- Altec Mantaray (Clifford A. Henricksen, Mark S. Ureda) — первый коммерческий CD-рупор широкой направленности.
- JBL Bi-Radial (Don Keele в JBL), серия 2344/2380, ставший эталоном. Геометрия: конусный горловой участок + экспоненциальные/гиперболические стенки рта.
- Проект Yuichi (A-290 FL Hyperbolic Wood Horn) — деревянная интерпретация гиперболоида для домашнего использования. Популярен в DIY-среде за доступность изготовления из ДСП/МДФ.
Проблема «деревянного Yuichi»
Автор проекта годами экспериментировал с деревянной версией A-290. Результаты замеров (Radian 465 PB) показали характерную проблему: идеальная АЧХ у среза рупора (10 см) и ровная направленность до 60° по горизонтали, НО провал в области 1.2–4 кГц на дистанции 3 метра (зона прослушивания).
Причина: плохое согласование среза рупора (mouth) с свободным пространством комнаты (дифракция на краях рта). Коррекция фильтром исправляет АЧХ на оси, но не возвращает потерянную энергию и фазовую когерентность.
Современный подход: Симуляция и CAD/CAM
Современный DIY не терпит «метода тыка». Инструментарий профессионального уровня доступен бесплатно или по низкой стоимости:
| Инструмент | Назначение | Особенности |
|---|---|---|
| AkAbak | Симмуляция акустики рупора (FEM/BEM) | Бесплатно для обучения. Позволяет просчитать АЧХ, диаграммы направленности, импеданс, временные характеристики. Сложный скриптовый интерфейс. |
| Hornresp | Быстрый расчет параметров рупора (Leach, Keele) | Отлично для первичного подбора геометрии (горло, длина, флэр). |
| SolidWorks / Fusion 360 / FreeCAD | 3D-моделирование, построение твердотельного тела из STL | Необходимо для подготовки управляющей программы (G-кода) для ЧПУ. |
| Программы ЧПУ (ArtCAM, Fusion CAM, SheetCAM) | Генерация траекторий фрезы | Требуют учета диаметра фрезы, перекрытия проходов, стратегий чистовой обработки. |
Проект «Эллептикон» (Ellipticon)
На основе исследований на diyaudio.org и программ оптимизации был спроектирован рупор с эллиптическим сечением рта (Elliptical Mouth). Это позволяет:
- Сгладить переход волны в свободное пространство (убрать дифракционные пики/провалы);
- Обеспечить симметричную диаграмму направленности по горизонтали и вертикали (или заданную асимметрию);
- Работать с более низкой частотой среза (низкий предел передачи) при компактных размерах.
Результат симуляции (AkAbak): Ровная АЧХ на оси и под углами до 60° без провалов в среднем диапазоне.
Материалы и технология изготовления
Выбор материала: МДФ высокой плотности (HDF / Superpan)
Обычный МДФ (700–750 кг/м³) имеет неоднородную структуру: плотная обшивка и рыхлый сердечник. При фрезеровке глубокого профиля рупора нарушается геометрия, появляются поры, резонансы.
Решение: Использовать МДФ высокой плотности (≥ 850–900 кг/м³, марки типа Kronospan Superpan, Egger Thin MDF или полированный МДФ под лакировку).
- Однородная структура на всем сечении;
- Отличная фрезеровка (чистая поверхность без заусенцев);
- Высокая механическая жесткость (нет «гудения» стенок).
Примечание: Найти такой МДФ в розницу сложно; Часто закупают у мебельных производств или складов * (адрес поставщика скрыт) оптовыми партиями.
Технология: Матрица для прессования / Сверловка из массива
В описанном проекте выбран путь фрезеровки матрицы (негатива) из МДФ на станке с ЧПУ, с последующим прессованием в ней термопрессованного слоистого дерева (фанеры/шпона) или литьем композита. Либо — прямая фрезеровка корпуса рупора из массива МДФ (если толщина стенок позволяет).
Этапы ЧПУ обработки:
- Подготовка STL: Модель рупора + фланец под драйвер + технологические отверстия для центровки/прижима.
- Перевод в Solid Body: STL → Mesh → Solid (в SolidWorks: ScanTo3D или ручное построение по сечениям).
- Настройка обработки:
- Фреза сферическая R3–R6 мм (для чистовой проходки);
- Шаг перекрытия 10–15% диаметра фрезы;
- Скорость подачи 2–3 м/мин (для МДФ 900 кг/м³);
- Обороты 18–24 тыс. об/мин.
- Черновика + Чистовка: Оставляют на чистовку 0.2–0.3 мм.
- Сборка: Клеевой шов на эпоксидном клее (ЭПОКСИД, ED-20 + ПЭПА) или ПВА Д3/Д4 под прессом. Фланец драйвера вклеивается с точностью до 0.05 мм (центровка горла).
Критически важный момент: Подбор драйвера (компрессионного) под рупор
Это самая частая ошибка новичков. Нельзя поставить любой драйвер в любой рупор. Параметры горла (Throat) и фазовый плагин (Phase Plug) драйвера должны согласовыватся с входным сечением и формой фазового плагина рупора (если он есть) или началом горловой части.
Опыт отбора драйверов для рупора ~1.4″ (36 мм) / 1″ (25 мм) выхода:
Автор проекта перепробовал более 10 профессиональных драйверов. Топ-5 претендентов:
| Драйвер | Выход горла | Магнит | Вердикт в этом рупоре |
|---|---|---|---|
| Radian 475PB / 475Be | 1.4″ (36 мм) | Неодим (огромный) | Идеал. Проталкивает глубокий рупор на ура. Низкая дисторсия, высокий SPL. Цена ~* руб. (скрыто). |
| Radian 465PB | 1″ (25 мм) | Неодим (малый) | Не подходит. Малый магнит не справляется с акустической нагрузкой глубокого CD-рупора. Резонанс горла, дисторсия на низах. |
| 18Sound ND1090 / ND1095 | 1.4″ / 1″ | Неодим | Очень хорошо. Лучшее соотношение цена/качество. Гладкая АЧХ, хорошая фазовая линейность; Рекомендуется для пары с НЧ 12-15″. |
| B&C DE750 / DE850 | 1.4″ / 2″ | Феррит / Неодим | Хорошо. Классика жанра. DE750 (1.4″), рабочая лошадка. Требует качественного фильтра 2-го порядка от 1.5–2 кГц. |
| Beyma TPL-150H (Planar Wave) | Спец. фланец | Неодим | Специфическое излучение. Требует полностью другой геометрии рупора (Planar Wave Guide). В классический CD не вставляется. |
Согласование с НЧ (Кроссовер)
Рупор задает низкий предел передачи ВЧ (Fc). Для CD-рупора размером ~300×400 мм рта Fc ≈ 800–1000 Гц.
- Частота среза кроссовера: 1.2 – 1.8 кГц (зависит от драйвера).
- Порядок фильтра: 2-й порядок (Linkwitz-Riley) — минимум. 3-й или 4-й — лучше для защиты мембраны и улучшения полярности.
- Эквализация: Идеальный рупор не требует эквализации на оси. Коррекция нужна только для компенсации импеданса драйвера (Zobel, Leach network) и выравнивания уровня с НЧ.
НЧ динамик (в проекте — НОЭМА 50ГДН-37 или аналоги 12–15″ с Qts ~0;3–0.4) должен играть до этой частоты без провалов и с диаграммой направленности, совпадающей с рупором на частоте среза (обычно ~60–70° для 12″ в баффле).
Пошаговая инструкция сборки (Чек-лист)
- Проектирование: Расчет в Hornresp/AkAbak → 3D модель в CAD → Генерация G-кода.
- Закупка материалов: МДФ высокой плотности (лист 2800x2070x18/22 мм), эпоксидный клей, зажимы, фланец под драйвер (алюминий/печатная плата/МДФ).
- Фрезеровка: Изготовление матрицы (негатива) или прямого корпуса. 2 прохода (черновик/чистовка). Время обработки одного рупора ~2–4 часа.
- Обработка поверхности: Шлифовка P180→P320. Грунтовка (акрил/эпокси). Лак/масло/фурнитур (эстетика не влияет на звук, но защищает МДФ от влаги).
- Монтаж драйвера: Прокладка (пена/резина/графит) между фланцем рупора и драйвером. Болты М5/М6 с динамометрическим ключом (момент ~1.5–2 Nm).
- Замеры (обязательно!): Микрофон * (модель скрыта, напр. UMIK-1 / Earthworks M23) + REW (Room EQ Wizard). Замеры на оси, ±15°, ±30°, ±45°, ±60° по горизонтали и вертикали. Дистанция 1–3 м.
- Расчет фильтра: Импорт замеров в VituixCAD / XSim / rePhase. Синтез кроссовера с учетом фазовой характеристики.
- Сборка коробка НЧ: Фазоинвертор / Закрытый ящик. Жесткие ребра, демпфирование (ватин/пена/фielt).
- Финальная сборка и прослушивание.
Типичные ошибки и как их избежать
- Экономия на МДФ: Обычный МДФ дает «гудение» стенок и грязный средний диапазон. Используйте только HDF/Superpan.
- Игнорирование фазового плагина рупора: Если рупор рассчитан с внутренним фазовым плагином (bullet), его отсутствие разрушит согласование на высоких частотах (>10 кГц).
- Слишком острый горловой угол: Вызывает цветание («рожевый» звук). Оптимальный угол конуса горла 10–15° (включенный).
- Отсутствие скругления рта (Roundover): Острый край рта = сильная дифракция. Радиус скругления минимум 10–15 мм (лучше 20–30 мм). В ЧПУ это делается отдельной фрезой R-профиля.
- Плохая центровка драйвера: Смещение на 0.5 мм ломает симметрию диаграммы направленности. Используйте центрирующие штыри в фланце.
Экономика проекта (Ориентировочная)
Цены актуальны на (розница РФ, без доставки):
- МДФ Superpan 22 мм (1 лист) — ~* руб.
- Станок с ЧПУ (аренда/услуги фрезеровки 2 рупора) — ~* руб.
- Драйвер 18Sound ND1090 (пара) — ~* руб.
- Драйвер Radian 475PB (пара) — ~* руб.
- НЧ НОЭМА 50ГДН-37 (пара) — ~* руб.
- Компоненты кроссовера (катушки Mundorf/Intertechnik, конденсаторы Mundorf MCap/ClarityCap, резисторы Mills) — ~* руб. за пару фильтров.
- Клей, шлифовка, лак, мелочи — ~* руб.
Самодельный рупор для ВЧ — это не про экономию денег (часто это дороже готовых решений класса Premium), а про получение уникального звука, невозможного в серийном производстве. Ключ к успеху:
- Грубая сила симуляции (AkAbak) перед резанием дерева.
- Качественный материал (МДФ 900 кг/м³) и точное ЧПУ.
- Правильный драйвер с мощным мотором (Neo, 1.4″ throat) для глубокого рупора.
- Инструментальный контроль на каждом этапе (REW, импульсные замеры).
Результат — звуковая сцена «от стены до стены», пин-точечная локализация образов, отсутствие «коробочности» и усталости ушей даже на высоких уровнях SPL. Удачи в вашем проекте!
Статья подготовлена на основе материалов форумов mysku.club, diyaudio.org и личного опыта автора. Все контактные данные, адреса поставщиков и номера телефонов частично скрыты (*) в соответствии с политикой конфиденциальности.