Splošni zvočniki: formula za izračun, kako zmanjšati ali povečati faktor kakovosti zvočnika

Vsak zvočnik je v bistvu oscilacijski sistem. Na tej podlagi so narejeni skoraj vsi izračuni za takšne zvočnike. Ena najpomembnejših lastnosti sodobnih zvočnikov je njihov faktor kakovosti. Ta parameter je predvsem pokazatelj kakovosti naprav te sorte.

Kakšna je značilnost

Kaj je torej dejavnik kakovosti zvočnika?? Prvo merilo, s katerim določimo dušenje nihajnega gibanja zvočnika, je faktor kakovosti. Menijo, da ne sme biti previsoka v glavah.

Če je faktor moči zvočnika visok in je na primer enak 2 ali 3, bo gonilnik še naprej vibriral tudi po tem, ko se bo izvorna sila razpršila. To seveda zmanjša kakovost zvoka. V zvočniku se začnejo pojavljati dražeči učinki hrupa.

Pri nizkem faktorju Q (pod 1) vibracije v napravi zelo hitro ugasnejo. Tako je membrana v gonilniku po močnem udarcu skoraj takoj stabilna. Rezultat je čistejši in prijetnejši zvok. Zato strokovnjaki le redko razmišljajo o tem, kako izboljšati učinkovitost voznikov. Običajno si obrtniki pri načrtovanju zvočniških sistemov prizadevajo, da bi bilo to razmerje nižje.

Natančno opredeljeno

Faktor kakovosti govornika - kaj je, smo ugotovili na splošno. Natančneje, značilnost je parameter, ki kaže, za kolikokrat zaloga energije v obravnavanem nihajnem sistemu preseže izgube, ko se faza spremeni za 1 radian. Tako je mogoče v fiziki določiti faktor kakovosti.

Kje v vozniku je shranjena energija

Ko na glavo deluje močan sinusni signal, se shranjena energija koncentrira v raztegnjenih vzmeteh, ki se po umiritvi vibracij vrnejo v osrednji položaj. DIV sodobnih zvočnikov se lahko razlikuje po teži. V skladu s tem imajo vzmeti, uporabljene pri zasnovi zvočnika, različno togost. Težji ko je zvočnik, več energije hrani.

Energijska izguba zvočnika

Naprave te vrste so zasnovane predvsem za oddajanje zvoka, ki ga lahko zazna človeško uho. Prenos teh vibracij na okolje in je energijska izguba zvočnika. Vendar je učinkovitost sodobnih zvočnikov običajno zelo nizka. Zato prenos zvoka predstavlja le majhen delež energijskih izgub naprave. Običajno se na ta način zgodi manj kot 1 % vseh izgub.

Izguba zvočnih vibracij v zvočniku je najpomembnejši parameter. Takšne naprave so zasnovane in izdelane prav za prenos zvoka. Še vedno pa je veliko več izgub v takšni opremi izključno mehanskih. V teh napravah se veliko energije porabi za trenje:

• v obešalnikih;

• v magnetni vrzeli;

• v zraku itd.

Največja izguba moči v zvočniku je v motorju. Sodobne naprave delujejo te vrste po načelu majhnih oscilatorjev, ki ustvarjajo precej velik upor.

Razmerje med zalogami in izgubo

Tako bo zvočnik z dovolj velikimi vzmetmi in težkim gibljivim elementom shranil veliko energije. Zato je veliko večja od izgub v napravi. Takšen gonilnik se lahko šteje za visoko učinkovitega. Počasi bo razpadel. V lahki napravi z ne posebno močnimi vzmetmi se shrani manj energije. Zato je razmerje med razpoložljivo in porabljeno energijo majhno. Takšen zvočnik se imenuje zvočnik z nizkim izkoristkom in je zato bolj kakovosten.

Električne in mehanske vrednosti

Izračun faktorja kakovosti zvočnika lahko na več načinov. V nekaterih primerih se pri določanju tega parametra upoštevajo le izgube zaradi zvoka in trenja. S to metodologijo izračuna dobimo faktor kakovosti mehanskega pogona.

Včasih se pri izračunih upošteva le impedanca motorja gonilnika. Ta dejavnik kakovosti se imenuje električni. Ta je pri zvočnikih običajno nizke kakovosti. V vsakem primeru je mehanski faktor kakovosti pri zvočnikih vedno večji od električnega. Ta vrednost je običajno večja od ena v govorcih.

Simboli

Pri načrtovanju in izračunih zvočnikov se uporabljajo naslednji izrazi:

• Qts je skupni dejavnik kakovosti.

• Qms - mehanski faktor kakovosti zvočnika.

• Qes - elektrika.

V vsakem primeru je faktor kakovosti zvočnika v formulah vedno označen kot Q.

Od česa je ta vrednost lahko odvisna

Sodobni zvočniki naj bi bili najvišje kakovosti, saj je skupni faktor kakovosti (električne in mehanske izgube) približno 0,7 ali manj. Vendar pa mora takšna vrednost opisovati voznika, pri čemer je treba med drugim upoštevati njegovo akustično okolje. Hkrati iz tega sledi, da se zavedajte, ki je slednja Vedno se bo povečal faktor čiste kakovosti naprave.

Pogonska enota je na primer pogosto zaprta škatla. V tem primeru se napetosti vzmeti doda elastičnost zraka v zaprti škatli. To pomeni, da bi bila energija, shranjena v tako oblikovanem gonilniku, večja od. Q-faktor se bo povečal tudi z uporabo refleksne škatle, roga itd.

Zato je treba pri izbiri zvočnika vedno upoštevati akustično obliko gonilnika. Kupljena enota mora imeti v vsakem primeru faktor čiste kakovosti najmanj 0,7. Tako boste dobili visokokakovosten zvočnik.

Predpostavlja se na primer, da naj bi bil faktor kakovosti zvočnika v zaprti škatli približno 0,5-0,6. Če se uporablja kot refleksni priključek, je optimalni faktor neto kakovosti naprave 0,3 do 0,5. Rog mora biti še nižji, saj lahko zelo močno poganja zvočnike.

Kaj vpliva na faktor kakovosti zvočnika

Q v zvočnikih vpliva predvsem na frekvenčni in impulzni odziv zvočnika. Zato je zelo pomemben pri določanju zvoka zvočnika. Vrednost Q 0,5 lahko na primer ustvari najboljši impulzni odziv. Razmerje 0,707 zagotavlja gladek frekvenčni odziv. Prav tako v:

• Z modeli polnega razpona 0,5 do 0,6 dobite avdiofilske nizke tone;

• Vrednost od 0,85 do 0,9 zagotavlja trdne nizke tone;

• Faktor kakovosti 1,0 povzroči 1,5 dB "grb" v odzivu, ki ga človeško uho zaznava kot ščetinjenje.

Ko se Q še poveča, se "grba" v zvoku poveča, iz zvočnikov pa se začne pojavljati značilno šumenje.

Teorija in praksa

Zato je jasno, na kaj vpliva dejavnik kakovosti zvočnika. Kot smo ugotovili, mora biti pri uporabi akustičnega ohišja precej nizka. To velja v teoriji. V praksi pa zvočniki nizke kakovosti žal niso zelo pogosti. Celo pri refleksni škatli, na primer, ki, kot smo ugotovili, zahteva vrednost od 0,5 do 0,6, se pogosto uporabljajo glave z vrednostjo, večjo od enice.

Vsaka naprava, ki oddaja zvok, ima svojo naravno resonančno frekvenco. S to frekvenco membrane na podlagi ostrih signalov dosežejo ravnovesno stanje. V mnogih primerih visokokakovostni zvočnik ne bo podaljšal ali preglasil nobene note. Ko odstranite zunanji dražljaj, bo preprosto začel neprijetno brenčati. Tako se na primer obnašajo poceni računalniški zvočniki pri določeni frekvenci.

Nizka učinkovitost zvočnika je pogosto zelo dobra stvar za zvočnik. Vendar pa so lahko danes tudi razmeroma dragi zvočni pretvorniki na žalost precej visokofrekvenčni. Na primer, cena opreme, ki se prodaja v trgovini po približno 5.000 do 6.000 evrov, je veliko višja od tržnega povprečja. rub., Zvočniki so v tem pogledu pogosto popolnoma neustrezni za zasnovo. Običajno je močno precenjena.

Zaradi vsega tega so dragi zvočniki z visoko kakovostjo na splošno zelo dobri. Pri tem je pomembno, da imajo take naprave običajno tudi precej nizko resonančno frekvenco. V tem primeru akustično neusposobljeno človeško uho hrupa ne zazna kot nadležnega "hrupa", temveč preprosto kot zelo močan zvok. Ta "umazanija" je še posebej opazna pri poslušanju preproste glasbe, kot je sodobni pop. To pomeni, da v tem primeru hum deluje na "pravi" frekvenci.

Od česa je še odvisno

Oblika valovanja ima zato velik vpliv na dejavnik kakovosti zvočnika. Je tudi merilo za dejavnik kakovosti te opreme:

1. Moč motorja. Višja kot je značilnost, nižji je faktor kakovosti glave.

2. Masa gibljive tuljave. Z večanjem te vrednosti so motorne sile v gonilniku manj opazne. Izgube zaradi trenja se povečajo. Rezultat vsega tega je povečanje faktorja kakovosti naprave.

3. Premer vodnikov. Če imajo žice v zvočniku visoko impedanco, se električni faktor kakovosti naprave poveča. Konec koncev se v tem primeru obremenitev zvočnika, ki je kot oscilator, zmanjša.

Kako izmeriti dejavnik kakovosti: enačbe

Doma ga pogosto izračunamo s preprostim milivoltmetrom. Tudi za ta postopek pripravijo ploščo in upor 1000 ohmov, ki stabilizira tok skozi zvočnik. Poleg tega je za uporabo te tehnike potreben programski oscilator iz računalnika in ojačevalnik moči (za hranjenje signal do zvočnika). Postopek merjenja faktorja kakovosti s to opremo je naslednji:

• Zvočnik je prosto obešen, na primer na vrvi;

• sestavite vezje.

Pred sestavljanjem vezja se izriše graf, kjer os y prikazuje napetost v milivoltih (100, 200, 300). Na osi x je prikazana frekvenca (10, 20, 30)...140 in t. д). Nato sestavite vezje, v katerem se signal iz ojačevalnika priključi na upor, nato pa gre v zvočnik.

V naslednjem koraku:

• priključite milivoltmeter na vezje v točkah a in c ter nastavite napetost na 10-20 V pri 500-1000 Hz;

• priključite voltmeter na točki c in d ter z nastavitvijo oscilatorja poiščite frekvenco, pri kateri sta napetosti največji (Fs);

• spremenite frekvenco navzgor glede na Fs in poiščite točke, v katerih je odčitek voltmetra bistveno manjši od Fs in konstanten (Um).

Z merjenjem napetosti pri določeni frekvenci zvočnika se izriše ustrezen graf. Naslednji korak je povprečenje med najmanjšo in največjo napetostjo. S formulo U1/2=Umax*Umin. Vrednost, dobljena kot vodoravna črta, se izriše in poiščejo se presečišča s črtama razmerja F1 in F2 (z ustreznimi odčitanimi frekvencami).

Nato poiščemo razpoložljivi faktor kakovosti po formuli Qa=√Umax/Umin * Fs/F2-F1, kjer je Fs frekvenca pri največjem odčitku milivoltmetra. Nato lahko ugotovimo električni faktor kakovosti:

• Qes=Qa*Umin/(Umax-Umin).

Nato se izračuna skupni faktor kakovosti zvočnika:

• Qts=Qa*Qes/(Qa+Qes).

V naslednjem koraku se izriše graf za drugega govorca in izvede enak izračun.

Katere druge parametre je mogoče izmeriti

Ugotovili smo, kaj je to - dejavnik kakovosti zvočnika. Običajno se določi z izbiro najprimernejše registracije pri načrtovanju sistema zvočnikov. Vendar pa je treba upoštevati tudi nekatere druge dejavnike, če želimo, da bo zvočnik pozneje oddajal najboljši možni zvok.

Pri izbiri zvočniškega paketa vedno upoštevamo tako imenovane "Thiele-Small" parametre. Ena takšnih lastnosti je faktor kakovosti, ki ga označujemo s Qts, kot smo ugotovili. Pri izbiri akustičnega okolja se upoštevajo tudi naslednji drugi parametri:

• resonančno frekvenco Fs;

• elastičnost vzmetenja voznika Vas.

Poleg treh glavnih značilnosti lahko strokovnjaki pri izračunu zasnove zvočnikov uporabijo tudi parametre, kot so:

• površino stožca in premer stožca;

• induktivnost;

• občutljivost;

• impedanca;

• največja moč

• masa premikajočega se sistema

• pogonska moč

• mehanska impedanca;

• relativna togost itd.

Domneva se, da je večino teh značilnosti mogoče enostavno opredeliti v doma se določi s preprostim merilnim instrumentom.

Resonančna frekvenca

Kot smo že ugotovili, je zvočnik oscilacijski sistem. Če ga pustite pri miru, v zraku vibrira z določeno frekvenco. Z drugimi besedami, obnaša se podobno kot na primer struna po brenkanju ali zvon po udarcu.

Menijo, da je resonančna frekvenca lahko:

• za nevgrajene nizkotonce 20-50 Hz;

• srednjenivojski zvočniki - 50-120 Hz;

• visokotonci - 1.000-2.000 Hz;

• srednjetonskih zvočnikov s stožčasto obremenitvijo je od 100 Hz do 200 Hz;

• Kupolasti zvočniki - 400-800 Hz.

Resonančno frekvenco gonilnika lahko na primer določite tako, da skozi njega spustite tonski generator (z uporom v seriji z generatorjem) ali na kakšen drug podoben način. Dobite jo iz največje impedance naprave.

Vas

Ta parameter za zvočnike je mogoče izmeriti z dvema metodama:

• dodane mase;

• dodaten volumen.

V prvem primeru se meritve opravijo z uporabo uteži (10 gramov na palec premera stožca). To so lahko na primer desetaki z lekarniške tehtnice ali stari kovanci, katerih nominalna vrednost je enaka njihovi teži. Predmet se pritrdi na membrano in izmeri se frekvenca. Potrebni izračuni se nato opravijo z uporabo formul.

Pri metodi dodajanja glasnosti je zvočni radiator hermetično zaprt v posebni merilni škatli z magnetom, obrnjenim navzven. Nato se izmeri resonančna frekvenca ter električni in mehanski faktor kakovosti ter skupni faktor kakovosti. Nato s pomočjo formule izračunajo vrednost Vas.

Velja, da nižja kot je Vas, če so vse ostale stvari enake, bolj kompaktna je lahko ureditev za voznika. Njegova na splošno nizka vrednost za določeno resonančno frekvenco je posledica kombinacije težkega premičnega sistema in togega vzmetenja.

Načini merjenja dodatnih parametrov

Kot je bilo že omenjeno, se lahko poleg treh glavnih značilnosti TC pri gradnji zvočniških sistemov uporabljajo tudi drugi dejavniki. Na primer, upornost enosmernega navitja Re se meri pri frekvenci blizu 0 Hz ali preprosto z uporabo ohmmetra.

Površina difuzorja Sd, znana tudi kot efektivna sevalna površina, je pri nizkih frekvencah enaka strukturni sevalni površini. Poiščite ga s preprosto formulo Sd=nR². Polmer je polovica razdalje od središča širine gumijastega vzmetenja z na eni strani do središča nasprotnega. To je predvsem zato, ker je polovica širine obešalnika tudi sevalna površina.

Kaj morate vedeti

Pri načrtovanju sistemov zvočnikov je pomembno pravilno izmeriti vrednosti RTD, vključno z vrednostjo Q. Da bi se izognili velikim netočnostim, je treba zvočnik pred meritvami "ogreti". Gre za to, da se lahko pri novih ali neuporabljenih napravah te vrste parametri TC bistveno razlikujejo od parametrov, ki so se uporabljali pred izračunom opreme.

Pred meritvami lahko zvočnike "ogrejete" na primer s sinusnimi valovi, preprosto glasbo, belim in rožnatim šumom ali testnimi ploščami. V tem primeru mora po mnenju strokovnjakov postopek za takšno pripravo naprave trajati vsaj en dan.

Vrste akustičnih ohišij

Trenutno so najbolj priljubljene vrste zvočniških omar zaprte škatle in nizkotonci. Prva vrsta velja za najpreprostejšo. Strukturno je zaprta škatla škatla s 6 stenami. Glavne prednosti takšne zasnove so po mnenju strokovnjakov predvsem kompaktnost, enostavna montaža, dober impulzni odziv, hiter in jasen bas. Slabost zaprtih škatel v tem primeru je nizka učinkovitost. Niso idealni za ustvarjanje visokega zvočnega tlaka. Zaprte škatle se običajno uporabljajo za poslušanje jazza, rocka, klubske glasbe.

Blokovni pretvorniki so precej zapletena vrsta paketa. Ti so običajno izdelani iz plastike. Nosilci rogov imajo običajno visoko učinkovitost in omogočajo tudi hitro hlajenje voznika. Po potrebi jih je mogoče tudi preprosto preoblikovati.

Za pogonske enote se lahko včasih uporabljajo tudi odprte škatle. V tem primeru zadnja stena površine stožca, ki oddaja zvok, ni ločena od sprednje. Odprta škatla je najpogosteje škatla brez zadnje stene (ali z več stenami).

Pogonske enote z rogovi se najpogosteje uporabljajo skupaj z drugimi vrstami pogonskih enot. V nekaterih primerih pa so lahko takšni modeli 100-odstotno izvirni. Takšni sistemi se uporabljajo za nizkotonske zvočnike z nizkim razmerjem Q, na primer. Ta vrsta zasnove zvočnikov ima kar nekaj prednosti. Njegova glavna prednost je velika količina. Slabosti te vrste ureditve so nezmožnost doseganja enakomernega frekvenčnega odziva, nizka zasičenost zvoka itd.

Govorniki in dogovori

Glave s Fs/Qts>50 je treba uporabljati v zaprtih škatlah, Fs/Qts>85 glasov, Fs/Qts>105 z resonatorji pasovne prepustnosti, Fs/Qts>30 za pregrade in odprte škatle.

Kot je bilo že omenjeno, je mogoče ureditev gonilnika izbrati preprosto tako, da pogledamo njegovo vrednost Q. Na primer, glave s Qts> 1.2 se najbolje uporablja za uporabo v odprtih zabojih. Njihova optimalna učinkovitost je običajno 2,4. Zvočniki Qts<0,8-1,0 je namenjen za zaprte škatle. V tem primeru je optimalna vrednost, kot smo ugotovili že prej, 0,5-0,6.

Faktor kakovosti gonilnikov za nizkotonski pretvornik mora biti: Qts<0,6. V tem primeru je optimalna vrednost 0,4. Po drugi strani pa naprave Qts<0.4 je dober za rogove.

Kako spremeniti faktor kakovosti, ga zmanjšati ali povečati

Včasih je treba ta parameter povečati ali zmanjšati, da bi zvočni pretvornik deloval bolje. Pogosto se na primer zgodi, da obrtniki vprašajo, kako zmanjšati dejavnik kakovosti zvočnika. Naloga je lahko dejansko zelo zapletena. Če želite znižati faktor kakovosti gonilnika, morate običajno prenoviti njegov motor. Postopek je seveda običajno zapleten in v večini primerov ne preveč enostaven.

Nekateri strokovnjaki so opozorili, da je mogoče zmanjšati voznikov faktor kakovosti z lepljenjem magneta. Vendar bi se v tem primeru spremenila le za 5-10 % ali manj. Prav tako je primerna le, če je lastni magnet v gonilniku zelo šibek.

Za znižanje faktorja kakovosti zvočnika se lahko uporabijo tudi druge tehnike. To lahko storite na primer tako, da:

• uporaba resonatorjev;

• impregnacija difuzorjev;

• Odgovor na to vprašanje je mogoče najti na primer v Efrussijevi metodi.

Odgovor na vprašanje, kako povečati dobroto zvočnika, je dokaj preprosta. Za to je, kot smo že ugotovili zgoraj, običajno treba preprosto povečati maso naprave.