Difuzoare generice: formulă de calcul, cum să reduceți sau să creșteți factorul de calitate al unui difuzor

Un difuzor este, în esență, un sistem oscilant. Pe această bază se fac practic toate calculele pentru astfel de difuzoare. Una dintre cele mai importante proprietăți ale difuzoarelor moderne este factorul lor de calitate. Acest parametru indică mai presus de toate calitatea dispozitivelor din acest soi.

Care este caracteristica

Deci, factorul de calitate al difuzorului - ce este?? Această caracteristică este deosebit de utilă pentru a determina atenuarea mișcării oscilante a unui difuzor. Este în general acceptat faptul că factorul nu ar trebui să fie prea mare în unitățile de acționare.

Dacă un driver are un factor de putere ridicat, de aproximativ 2 sau 3, înseamnă că va continua să vibreze chiar și după ce forța care a apărut s-a disipat. O marjă de manevră excesivă va duce, desigur, la o calitate redusă a sunetului. Un difuzor va începe să producă niște efecte sonore iritante.

Cu valori scăzute ale factorului Q (sub 1), vibrațiile din dispozitiv se amortizează rapid. Cu alte cuvinte, diafragma din driver revine aproape imediat la o stare stabilă după un impact puternic. Rezultatul este un sunet mai curat și mai plăcut. Prin urmare, rareori specialiștii se gândesc la îmbunătățirea factorului de calitate al unui difuzor. Practic, când proiectezi un difuzor, încerci să îl menții la un nivel scăzut.

Definiția exactă

Factorul de calitate al unui difuzor este ce este, am lucrat practic. Mai precis, este un parametru care indică de câte ori energia stocată în sistemul vibrator în cauză este mai mare decât pierderea sa atunci când faza se schimbă cu 1 radian. Iată cum poate fi definit factorul de calitate în fizică.

Unde sunt concentrate rezervele de energie în difuzor

Atunci când un semnal sinusoidal puternic este aplicat unui driver, energia stocată va fi concentrată în primul rând în arcurile întinse, care tind să readucă DIV-ul în poziția sa centrală pe măsură ce vibrațiile scad. DIV-ul difuzoarelor moderne poate avea greutăți diferite. În consecință, arcurile din designul difuzorului sunt de rigiditate inegală. Cu alte cuvinte, cu cât difuzorul este mai greu, cu atât mai mari sunt rezervele sale de energie.

Pierderea de energie a difuzorului

Acest tip de dispozitiv este conceput în primul rând pentru a radia sunetul pentru urechea umană. Transmiterea acestor vibrații în mediu și este pierderea de energie a difuzorului. Cu toate acestea, eficiența difuzoarelor moderne este de obicei foarte scăzută. Astfel, transmiterea sunetului reprezintă doar o mică parte din pierderea de energie a unui dispozitiv. În mod obișnuit, mai puțin de 1% din totalul pierderilor se produc în acest mod.

Consumul de sunet în unități de acționare este cel mai important indicator. La urma urmei, astfel de dispozitive sunt proiectate și fabricate pentru transmiterea sunetului. Dar și mai multe pierderi în astfel de echipamente sunt pur mecanice. În aceste dispozitive, o mare parte din energie este irosită din cauza frecării:

• în suspensii;

• în întrefierul magnetic;

• în aer, etc.

Cea mai mare consumatoare de energie a unui difuzor vine de la motorul acestuia. Cum funcționează dispozitivele moderne de acest tip principiul oscilatoarelor mici, care produc o impedanță destul de mare.

Raportul stoc/pierdere

Astfel, un difuzor cu arcuri suficient de mari și un element mobil greu va stoca multă energie. În mod corespunzător, va avea la dispoziție o cantitate de energie mult mai mare decât cea pierdută. Un astfel de driver poate fi considerat de înaltă eficiență. Acesta se va descompune încet. O unitate ușoară, cu un arc mic și o unitate de acționare nu foarte puternică va stoca mai puțină energie. Raportul dintre energia disponibilă și energia consumată este în mod corespunzător mic. Un astfel de conducător auto este considerat a fi de eficiență inferioară și, prin urmare, este de calitate superioară.

Raporturi electrice și mecanice

Calcularea factorului de calitate al difuzoarelor poate în mai multe moduri. În unele cazuri, la determinarea acestui parametru se iau în considerare doar pierderile sonore și de frecare. Utilizând această metodă de calcul, factorul de calitate mecanică este.

Uneori, calculele iau în considerare doar impedanța motorului driverului. Acesta se numește factor de calitate electrică. Această valoare la un difuzor este de obicei mică. În orice caz, factorul de calitate mecanică este întotdeauna mai mare la difuzoare decât cel electric. Valoarea sa în difuzoare este de obicei mai mare de unu.

Notații

Următoarele denumiri sunt utilizate în proiectarea și calculul difuzoarelor:

• Qts este factorul de calitate totală.

• Qms este factorul de calitate mecanică al difuzorului.

• Qes - electrice.

În toate cazurile, factorul de calitate al unui difuzor este întotdeauna notat cu Q.

De ce poate depinde

Se consideră că cele mai bune difuzoare moderne sunt cele de cea mai bună calitate, care au un factor de calitate total (pierderi electrice și mecanice) de aproximativ 0,7 sau mai mic. Cu toate acestea, o astfel de valoare ar trebui să caracterizeze conducătorul auto, ținând seama, printre altele, de mediul acustic al acestuia. În acest fel, va.. țineți cont, acesta din urmă întotdeauna factorul de calitate netă al dispozitivului crește.

De exemplu, destul de des, mediul acustic al unui șofer este o cutie închisă. În acest caz, elasticitatea aerului din incintă se adaugă la tensiunea arcului. Prin urmare, energia stocată într-un șofer proiectat în acest mod va fi mai mare decât într-o cutie convențională. Factorul Q este, de asemenea, mărit atunci când se utilizează o cutie de reflexie a basului, un corn etc.

Astfel, incinta acustică trebuie să fie întotdeauna luată în considerare atunci când se alege un difuzor. Factorul de calitate net al unității care urmează să fie achiziționată trebuie să fie în orice caz egal sau mai mic de 0,7. Acest lucru va produce un sistem de difuzoare de înaltă calitate a sunetului de înaltă calitate.

Se presupune, de exemplu, că factorul de calitate al unei unități de acționare cu cutie închisă ar trebui să fie undeva între 0,5 și 0,6. Atunci când se utilizează un port reflex ca deschidere pentru un driver de bas, se obține o valoare optimă de MF pur de 0,3 până la 0,5. Șoferul are nevoie de reflexe și mai reduse, deoarece poate acționa foarte tare unitățile de acționare.

Ce afectează în mod semnificativ calitatea vorbitorilor

Q în difuzoare afectează în primul rând AFC și răspunsul la impuls al difuzorului. Astfel, acesta determină în mare măsură calitatea sunetului difuzorului. Cu o valoare Q de 0,5, de exemplu, cel mai bun răspuns la impuls poate fi obținut cu. Un raport de 0,707 oferă un răspuns în frecvență plat. De asemenea, la:

• O valoare cuprinsă între 0,5 și 0,6 va produce bas de calitate audiofilă;

• O valoare de 0,85-0,9 oferă un răspuns mai lin și mai bogat la bas;

• Q1.0 are ca rezultat o "cocoașă" de 1,5dB în zona secțiunii, pe care urechea umană o percepe ca un sunet de pocnitură.

Pe măsură ce factorul Q continuă să crească, "cocoașa" sunetului crește și un zgomot de bâzâit caracteristic începe să iasă din difuzoare.

Teorie și practică

Astfel, este ușor de înțeles ce legătură are factorul de calitate al unui difuzor cu... După cum am aflat, în cazul unui difuzor, acest factor ar trebui să fie destul de scăzut. Aceasta este teoria. Cu toate acestea, în practică, frecvențele joase sunt, din păcate, foarte rare. Chiar și în cazul unei cutii de reflexie, de exemplu, care, după cum am văzut, necesită o valoare de 0,5 până la 0,6, este obișnuit să se utilizeze capete cu o valoare peste unitate.

Fiecare dispozitiv care emite sunete are o frecvență de rupere proprie. Și prin ea diafragmele se echilibrează după semnale bruște. În multe cazuri, un driver cu câștiguri mari nici măcar nu va prelungi sau va sfârși prin a reda vreo notă. Odată ce forța exterioară este îndepărtată, pur și simplu începe să bâzâie neplăcut. Acesta este exact modul în care difuzoarele ieftine de calculator, de exemplu, se comportă la anumite frecvențe.

Difuzoarele de frecvență joasă sunt adesea un lucru bun pentru un difuzor. Din păcate, însă, chiar și dispozitivele de transmisie a sunetului relativ scumpe pot fi de frecvență destul de înaltă în zilele noastre. De exemplu, în cazul echipamentelor vândute cu aproximativ 5-6 mii de euro într-un magazin, acestea tind să coste mult mai mult decât echipamentul original. Rublă., Difuzoarele sunt adesea destul de inadecvate în proiectarea lor. Acestea tind să fie prea puternice.

Cu toate acestea, difuzoarele scumpe de înaltă calitate produc de cele mai multe ori un sunet destul de bun. Ideea principală este că astfel de dispozitive au de obicei o frecvență de rezonanță destul de mică. În aceste condiții, zgomotul este perceput de urechea umană, care nu este deosebit de bine antrenată în acustică, nu ca un "zgomot" enervant, ci pur și simplu ca un sunet foarte puternic. Această "murdărie" devine invizibilă mai ales atunci când se ascultă muzică simplă, cum ar fi pop-ul modern. Adică, în acest caz, zumzetul funcționează la frecvența "corectă".

De ce altceva mai depinde?

Prin urmare, instrumentația are un impact major asupra factorului de calitate al unui difuzor. De asemenea, depinde de pierderile prin frecare ale acestor echipamente:

1. Puterea motorului său. Cu cât caracteristica este mai mare, cu atât mai mic este factorul de calitate al capului.

2. Masa vehiculului. Pe măsură ce această caracteristică este crescută, forțele motorului din difuzor devin mai puțin vizibile. În acest caz, pierderile prin frecare cresc. Rezultatul a toate acestea este un factor de calitate mai mare a dispozitivului.

3. Diametrul firului. În cazul în care firele din driver au o impedanță ridicată, acest lucru va crește factorul de calitate al unității. Pentru că, în acest caz, sarcina pe difuzor, care este ca un oscilator, este redusă.

Cum se măsoară factorul de calitate: formule

Pentru uz casnic, acest lucru este adesea calculat folosind un simplu contor de milivolți. De asemenea, pregătiți placa și o rezistență de 1000 ohmi pentru a stabiliza curentul prin difuzor pentru această procedură. De asemenea, atunci când folosiți această tehnică veți avea nevoie de un oscilator software de la computer și de un amplificator de putere (pentru a hrăni pe difuzor). Efectuați procedura de măsurare a factorului Q utilizând un astfel de echipament, după cum urmează

• Difuzorul este suspendat liber, de exemplu pe o bucată de sfoară;

• asamblați circuitul.

Înainte de a asambla circuitul, se trasează un grafic, unde axa y arată tensiunea în milivolți (100, 200, 300). x indică frecvența (10, 20, 30...140 și t. д). În continuare, asamblați un circuit în care un semnal de la amplificator este introdus în rezistor și apoi merge la difuzor.

În etapa următoare:

• porniți un milivoltmetru în circuit la punctele a și c și setați tensiunea la 10-20V la 500-1000 hertzi;

• se conectează un voltmetru la punctele c și d, se reglează oscilatorul pentru a găsi frecvența la care volții sunt cei mai mari (Fs);

• modificați frecvența în sus față de Fs și găsiți punctele în care valoarea citită de voltmetru este semnificativ mai mică decât Fs și constantă (Um).

Măsurați tensiunea la o anumită frecvență a difuzorului și reprezentați grafic. În pasul următor, găsiți valoarea medie între tensiunea minimă și tensiunea maximă. Folosind formula U1/2=Umax*Umin. Valoarea obținută se trasează orizontal pe grafic și se găsesc punctele de intersecție cu liniile de raport F1 și F2 (cu valorile corespunzătoare ale frecvenței).

Apoi, factorul de calitate acustică se calculează conform formulei Qa=√Umax/Umin * Fs/F2-F1, unde Fs este valoarea frecvenței la valoarea maximă a citirii milivoltmetrului. Se poate afla apoi factorul de calitate electrică:

• Qes=Qa*Umin/(Umax-Umin).

În continuare, calculați factorul de calitate generală a difuzorului:

• Qts=Qa*Qes/(Qa+Qes).

În etapa următoare, trasați graficul pentru cel de-al doilea vorbitor și efectuați aceleași calcule.

Ce alți parametri pot fi măsurați?

Ne-am dat seama despre ce este vorba - eficiența difuzorului. De obicei, este determinată de alegerea celui mai potrivit design atunci când se proiectează difuzoare. Cu toate acestea, pentru ca unitățile de acționare să transmită ulterior cel mai bun sunet posibil, trebuie luate în considerare și alte câteva criterii.

Așa numiții parametri Thiel-Small sunt întotdeauna luați în considerare atunci când se alege o carcasă pentru un driver. Unul dintre acești parametri este doar factorul de calitate, despre care am aflat că este Qts. Alte criterii de care am ținut cont la selectarea unui pachet de difuzoare includ

• frecvența de rezonanță Fs;

• Elasticitatea suspensiei șoferului Vas.

În plus față de cele trei caracteristici principale, specialiștii pot utiliza și parametri precum

• suprafața conului și diametrul conului;

• inductanță;

• sensibilitate;

• impedanță;

• puterea de vârf;

• Masa sistemului în mișcare;

• puterea motorului;

• rezistență mecanică;

• rigiditatea sa relativă, etc.

Se consideră că majoritatea acestor caracteristici pot fi determinate cu ușurință în condiții interne folosind instrumente de măsurare nu foarte sofisticate.

Frecvența rezonantă

Un difuzor, așa cum am stabilit, este un sistem oscilant. Fiind lăsată în voia sorții, diafragma sa oscilează la o anumită frecvență atunci când este supusă unui impact. Adică, se comportă în același mod ca o coardă după ce este ciupită sau ca un clopot după ce este lovit, de exemplu.

Se crede că frecvența de rezonanță ar putea fi:

• pentru subwooferele neinstalate, 20-50 Hz;

• difuzoare midrange - 50-120Hz;

• a scâncetelor este de 1000-2000 Hz;

• Difuzoare medii cu con - 100 Hz până la 200 Hz;

• cupole - 400-800 Hz.

Frecvența de rezonanță a unui difuzor poate fi măsurată, de exemplu, prin trecerea unui semnal de oscilator prin el (cu o rezistență în serie cu el) sau prin orice altă metodă similară. Aceasta este determinată de vârful de impedanță al dispozitivului.

Vas

În cazul difuzoarelor, acest lucru poate fi măsurat prin două metode:

• Cu metoda volumului aditiv;

• volum adăugat.

Prima metodă folosește un fel de greutate (10 grame pentru fiecare centimetru de diametru al conului) pentru a măsura. De exemplu, poate fi vorba de monede de 10 cenți de la cântarele de farmacie sau de monede vechi, cu o valoare nominală egală cu greutatea lor. Aceste obiecte sunt încărcate pe o diafragmă, iar frecvența diafragmei este măsurată. Efectuăm apoi calculele necesare folosind formulele.

Cu metoda volumului adăugat, difuzorul este închis ermetic într-o cutie de măsurare specială, cu magnetul orientat spre exterior. Se măsoară apoi frecvența de rezonanță și se calculează factorul de calitate electric, mecanic și general al difuzorului. Vas se determină apoi cu ajutorul formulei.

Se consideră că, cu cât Vas este mai mic, toate celelalte lucruri fiind egale, cu atât mai compact poate fi utilizat un aranjament mai compact pentru șofer. În general, valoarea mică a acestui parametru la aceeași frecvență de rezonanță este rezultatul combinației dintre un sistem mobil greu și o suspensie rigidă.

Metode de măsurare a parametrilor suplimentari

După cum s-a menționat anterior, pe lângă cele trei caracteristici principale ale TC, în proiectarea sistemelor de difuzoare pot fi utilizați și alți parametri. De exemplu, rezistența la curent continuu a înfășurării de cap Re se măsoară la o frecvență apropiată de 0 Hz sau pur și simplu cu ajutorul unui ohmmetru.

Suprafața de difuzie Sd, cunoscută și sub numele de suprafață radiantă efectivă, este aceeași cu suprafața de proiectare la frecvențe joase. Se găsește cu ajutorul ecuației simple Sd=nR². Raza este jumătate din distanța de la centrul suspensiei de cauciuc de-a lungul lățimii cu pe o parte la mijlocul spectrului de frecvențe al adversarului. Acest lucru se datorează în primul rând faptului că jumătate din lățimea de surround este, de asemenea, suprafața radiantă.

Ce trebuie să știți

Este important să se obțină măsurarea corectă a TC, inclusiv valoarea Q, atunci când se proiectează difuzoare. Pentru a evita inexactitățile mai mari, trebuie să dați difuzorului o "încălzire" înainte de a face orice măsurători. Dispozitivele noi sau neutilizate de acest tip pot avea caracteristici QC semnificativ diferite față de cele utilizate înainte de a începe acest calcul.

Puteți "încălzi" difuzoarele înainte de măsurare, de exemplu, cu unde sinusoidale, muzică simplă, zgomot alb și roz sau discuri de test. Potrivit specialiștilor, o astfel de pregătire a dispozitivului ar trebui să dureze cel puțin o zi.

Tipuri de incinte acustice

Cele mai populare tipuri de cutii de difuzoare în acest moment sunt cutiile închise și convertoarele de fază. Primul tip este considerat cel mai simplu. Din punct de vedere structural, o cutie închisă este o cutie cu 6 pereți. Avantajele acestui design sunt în primul rând compactitatea, ușurința de asamblare, răspunsul bun la impulsuri, basul rapid și clar. Dezavantajul sertarelor închise este nivelul scăzut de eficiență. Nu este potrivit pentru generarea unei presiuni sonore ridicate. Cutiile închise sunt utilizate de obicei pentru jazz, rock și muzică de club.

Cutiile Flare sunt un tip mai complex de incintă. De obicei, acestea sunt fabricate din plastic. În aceste cazuri, invertoarele sunt foarte eficiente și permit, de asemenea, răcirea rapidă a driverului. De asemenea, acestea pot fi reconfigurate cu ușurință, dacă este necesar.

Unitățile de acționare cu cutie deschisă în spate pot fi folosite uneori și pentru unitățile de acționare. În cazul unei cutii închise, peretele din spate al ansamblului de drivere nu este separat de peretele din față. Cea mai frecventă formă de cutie deschisă este o cutie fără un perete din spate (sau cu multe deschideri).

Cupolele încărcate cu claxon sunt cel mai adesea utilizate împreună cu alte modele. Dar, în unele cazuri, astfel de modele pot fi, de asemenea, 100% originale. se utilizează, de exemplu, pentru difuzoarele de bas cu factor de calitate scăzut. Acest tip de unitate de acționare are, de asemenea, multe avantaje. Principalul său avantaj este un volum mare. Dezavantajele acestui tip de aranjament includ incapacitatea de a obține un răspuns uniform în frecvență, saturația scăzută a sunetului etc.

Calitatea și aranjamentul vorbitorilor

Capete cu un anumit Fs/Qts>50 ar trebui să fie utilizate într-o cutie închisă, Fs/Qts>85 - cu intrări, Fs/Qts>105 - cu rezonatoare trece bandă, Fs/Qts>30 cu deflectoare și cutii deschise.

După cum am menționat mai sus, puteți selecta un pachet de difuzoare pur și simplu uitându-vă la factorul de calitate al difuzorului. De exemplu, capetele cu Qts> 1,2 cel mai des utilizate pentru sertarele deschise. Valoarea optimă pentru astfel de aplicații este un factor de 2,4. Difuzoare cu Qts<0.8-1.0 sunt potrivite pentru cutii închise. În acest caz, valoarea optimă, așa cum am constatat mai devreme, este 0,5-0,6.

Factorul de calitate al unui driver pentru un invertor de bas ar trebui să fie Qts<0,6. În acest caz, valoarea optimă ar fi de 0,4. Dispozitive cu Qts<0.4 potrivit pentru cornuri.

Pentru a varia, a reduce sau a îmbunătăți valoarea Q

Uneori, pentru ca un echipament de transmisie a sunetului să aibă performanțe mai bune, trebuie să fie mărit sau micșorat. Destul de des meșteșugarii, de exemplu, sunt interesați de, cum să reduci eficiența difuzorului. Acest lucru poate fi, de fapt, o sarcină foarte complexă. Pentru a reduce Qts-ul unui șofer, ar trebui, de obicei, să efectuați o revizie completă a motorului. Și aceasta, desigur, este o procedură destul de complicată și, în cele mai multe cazuri, nu foarte justificată.

Unii specialiști au evidențiat faptul că este posibil să se reducă calitatea difuzoarelor prin lipire magnet. Dar, în acest caz, se va modifica doar cu 5 % - 10 %. De asemenea, această metodă este adecvată numai dacă magnetul propriu din driverul utilizat este foarte slab.

Alte tehnici de reducere a factorului de calitate al unui difuzor includ. De exemplu, acest lucru se poate face prin:

• de a utiliza rezonatoare;

• impregnarea conurilor;

• sectoare de tăiere, de exemplu prin metoda Efrussi.

Răspunsul la întrebarea de, cum să stimulezi factorul de calitate dinamică, există o metodă destul de simplă. Acest lucru, așa cum am stabilit mai sus, necesită de obicei pur și simplu creșterea masei pieselor în mișcare.