Параметры Тиле / Смолла

Параметры Тиля / Смолла (обычно сокращенно T / S параметры или TSP) представляют собой набор электромеханических параметров, которые определяют указанные низкочастотные характеристики динамика громкоговорителя.. Эти параметры публикуются в таблицах спецификаций производителями драйверов, чтобы у проектировщиков было руководство по выбору готовых драйверов для конструкций громкоговорителей. Используя эти параметры, разработчик громкоговорителей может моделировать положение, скорость и ускорение диафрагмы, входное сопротивление и выход звука системы, состоящей из громкоговорителя и корпуса. Многие параметры строго определены только на резонансной частоте, но этот подход обычно применим в диапазоне частот, где движение диафрагмы в основном поршневое, то есть когда весь конус движется внутрь и наружу как единое целое без разрушения конуса.

Вместо того, чтобы покупать готовые компоненты, инженеры-проектировщики громкоговорителей часто определяют желаемые характеристики и работают в обратном направлении к набору параметров и производят драйвер с указанными характеристиками или заказывают его у производителя драйверов. Этот процесс генерации параметров из целевого отклика известен как синтез. Тиле параметры / Небольшого имя А. Невилла Тиля из вещательной комиссии Австралийской и Ричард Х. Малого из Сиднейского университета , который впервые эта линию анализа для акустических систем . Обычно параметры Тиле / Смолла используются при проектировании акустических систем и корпусов Hi-Fi. ; расчеты TSP показывают профессионалам, занимающимся проектированием громкоговорителей, какого размера должен быть корпус громкоговорителя, а также насколько большим и длинным должен быть порт фазоинвертора (если он используется).

История [ править ]

1925 статья ^[1] из Честер У. Райс и Эдвард В. Kellogg , подпитывается достижений в области радио и электроники, повышенный интерес к прямым громкоговорителями радиатора. В 1930 году А. Дж. Турас из Bell Labs запатентовал (патент США № 1869178) свое «Устройство преобразования звука» (по сути, вентилируемый бокс), что свидетельствовало об интересе ко многим типам конструкции корпуса в то время.

Прогресс в проектировании и анализе корпуса громкоговорителей с использованием аналогичных акустических схем академическими акустиками, такими как Гарри Ф. Олсон, продолжался до 1954 года, когда Лео Л. Беранек из Массачусетского технологического института опубликовал книгу « Акустика» , ^[2] суммирующую и расширяющую электроакустику той эпохи. Дж. Ф. Новак использовал новые упрощающие предположения в анализе в статье 1959 г. ^{[3] [4]}которые привели к практическому решению для отклика данного громкоговорителя в герметичных и вентилируемых коробках, а также установили их применимость путем эмпирических измерений. В 1961 году, в значительной степени опираясь на работы Новака, А. Н. Тиле описал серию «выравниваний» герметичных и вентилируемых коробок (т. Е. Конструкций корпуса, основанных на теории электрических фильтров с хорошо определенным поведением, включая частотную характеристику, управление мощностью, отклонение конуса и т. Д. ) в публикации в австралийском журнале. ^[5] Эта статья оставалась относительно неизвестной за пределами Австралии, пока она не была переиздана в Журнале Общества аудиоинженеров в 1971 году. ^{[6] [7]}Важно отметить, что в работе Тиле не учитывались потери в корпусе, и, хотя применение теории фильтров все еще важно, его таблицы выравнивания теперь мало полезны в реальной жизни из-за игнорирования потерь в корпусе.

Многие другие продолжали разрабатывать различные аспекты дизайна корпуса громкоговорителей в 1960-х и начале 1970-х годов. С 1968 по 1972 год Дж. Э. Бенсон опубликовал три статьи ^[8] в австралийском журнале, в которых тщательно проанализированы конструкции герметичных , вентилируемых и пассивных радиаторов , все с использованием одной и той же базовой модели, которая включала эффекты корпуса, утечки и потерь в портах. Начиная с июня 1972 года Ричард Х. Смолл опубликовал серию очень влиятельных статей по анализу системы громкоговорителей с прямым излучателем ^[9], включая закрытый ящик, ^{[10] [11]} вентилируемый ящик, ^{[12] [13] [14]. [15]}и системы громкоговорителей с пассивным излучателем ^{[16] [17]} , в журнале Общества звукоинженеров , повторяя и расширяя работу Тиле. Эти статьи также были первоначально опубликованы в Австралии, где он учился в аспирантуре и где его научным руководителем был Дж. Э. Бенсон. Работы Бенсона и Смолла значительно перекрывались, но отличались тем, что Бенсон выполнял свою работу, используя компьютерные программы, а Смолл использовал аналоговые симуляторы . Смолл также проанализировал системы, включая потери в корпусе. Смолл и Гарри Марголис из JBL опубликовали статью в Journal of the Audio Engineering Society (июнь 1981 г.), ^[18] которые преобразовывают большую часть работ, опубликованных к тому времени, в формы, подходящие для программируемых калькуляторов того времени.

Основные параметры [ править ]

Это физические параметры динамика громкоговорителя, измеренные при малых уровнях сигнала, используемые в эквивалентных моделях электрических цепей. Некоторые из этих значений непросто и непросто измерить в готовом драйвере громкоговорителя, поэтому при проектировании громкоговорителей с использованием существующих приводов (что почти всегда так) более удобные для измерения параметры, перечисленные в разделе « Параметры малых сигналов» , более практичны.

• S _d - Расчетная площадь диафрагмы драйвера, в квадратных метрах.
• M _ms - Масса диафрагмы / катушки, включая акустическую нагрузку, в килограммах. Масса диафрагмы / катушки известна как M _md.
• C _ms - Податливость подвески водителя в метрах на ньютон (величина, обратная ее «жесткости»).
• R _ms - механическое сопротивление подвески водителя (т. Е. «Потеря потерь»), в Н · с / м.
• L _e - Индуктивность звуковой катушки в миллигенри (мГн) (измерена при 1 кГц).
• R _e - сопротивление звуковой катушки постоянному току, в Ом.
• Bl - произведение напряженности магнитного поля в зазоре звуковой катушки на длину провода в магнитном поле в тесла-метрах (Т · м).

Параметры слабого сигнала [ править ]

Эти значения могут быть определены путем измерения входного импеданса драйвера вблизи резонансной частоты на малых входных уровнях, для которых механическое поведение драйвера фактически линейно (т. Е. Пропорционально его входному сигналу). Эти значения легче измерить, чем приведенные выше фундаментальные.

• F _s - резонансная частота драйвера

${\ displaystyle F _ {\ rm {s}} = {\ frac {1} {2 \ pi \ cdot {\ sqrt {C _ {\ rm {ms}} \ cdot M _ {\ rm {ms}}}}}} }$

• Q _es - электрическая добротность драйвера при F _s

${\displaystyle Q_{\rm {es}}={\frac {2\pi \cdot F_{\rm {s}}\cdot M_{\rm {ms}}\cdot R_{\rm {e}}}{(Bl)^{2}}}={\frac {R_{\rm {e}}}{(Bl)^{2}}}{\sqrt {\frac {M_{\rm {ms}}}{C_{\rm {ms}}}}}}$

• Q _ms - Механическая добротность драйвера при F _s

${\displaystyle Q_{\rm {ms}}={\frac {2\pi \cdot F_{\rm {s}}\cdot M_{\rm {ms}}}{R_{\rm {ms}}}}={\frac {1}{R_{\rm {ms}}}}{\sqrt {\frac {M_{\rm {ms}}}{C_{\rm {ms}}}}}}$

• Q _ts - Суммарная добротность драйвера при F _s

${\displaystyle Q_{\rm {ts}}={\frac {Q_{\rm {ms}}\cdot Q_{\rm {es}}}{Q_{\rm {ms}}+Q_{\rm {es}}}}}$

• V _as - Эквивалентный объем соответствия, то есть объем воздуха, который при воздействии на него поршня площадью S _d имеет такое же соответствие, как и подвеска водителя:

${\displaystyle V_{\rm {as}}=\rho \cdot c^{2}\cdot S_{\rm {d}}^{2}\cdot C_{\rm {ms}}}$

где ρ - плотность воздуха (1,184 кг / м ³ при 25 ° C), а c - скорость звука (346,1 м / с при 25 ° C). В единицах СИ результат будет в кубических метрах. Чтобы получить V , _как в литрах умножить на 1000.

Параметры больших сигналов [ править ]

Эти параметры полезны для прогнозирования приблизительного выходного сигнала драйвера при высоких уровнях входного сигнала, хотя их сложнее, иногда чрезвычайно сложно или невозможно точно измерить. Кроме того, сжатие мощности, тепловые и механические эффекты из-за высоких уровней сигнала (например, высокий электрический ток и напряжение, длительное механическое движение и т. Д.) Все меняют поведение драйвера, часто увеличивая искажения нескольких видов.

• X _max - Максимальный линейный пик (или иногда от пика до пика) (в мм) конуса. Обратите внимание, что из-за механических проблем движение конуса привода становится нелинейным при больших отклонениях, особенно тех, которые превышают этот параметр.
• X _мех - максимальная физическая экскурсия водителя до физического повреждения. При достаточно большом электрическом входе отклонение приведет к повреждению звуковой катушки или другой движущейся части динамика. Кроме того, устройства для охлаждения звуковой катушки (например, вентиляция полюсного наконечника или отверстия в формирователе звуковой катушки над самой катушкой, что позволяет рассеивать тепло с воздушным потоком) сами по себе изменят поведение при больших отклонениях конуса.
• P _e - допустимая тепловая мощность драйвера в ваттах. Это значение сложно охарактеризовать, и производители и другие лица часто его переоценивают. По мере того, как звуковая катушка нагревается, она в некоторой степени изменяет размер и в значительной степени изменяет электрическое сопротивление. Последний изменяет электрические отношения между звуковой катушкой и пассивными компонентами кроссовера, изменяя наклон и точки кроссовера, заложенные в акустическую систему.
• V _d - Пиковый объем вытеснения, рассчитанный по формуле V _d = S _d · X _max

Другие параметры [ править ]

• Z _max - Импеданс драйвера при F _s , используемый при измерении Q _es и Q _ms .

${\displaystyle Z_{max}=R_{e}\left(1+{\frac {Q_{ms}}{Q_{es}}}\right)}$

• EBP - произведение эффективности на пропускную способность, приблизительный показатель. Общее практическое правило показывает, что при EBP> 100 драйвер, возможно, лучше всего использовать в вентилируемом корпусе, в то время как EBP <50 указывает на герметичный корпус. Если 50 <EBP <100, можно эффективно использовать любой корпус.

${\displaystyle EBP={\frac {F_{s}}{Q_{es}}}}$

• Z _nom - номинальное сопротивление громкоговорителя, обычно 4, 8 или 16 Ом.
• η ₀ - эталонный КПД драйвера, или «доступная мощность», в процентах.

${\displaystyle \eta _{0}=\left({\frac {\rho \cdot B^{2}\cdot l^{2}\cdot S_{d}^{2}}{2\cdot \pi \cdot c\cdot M_{ms}^{2}\cdot R_{e}}}\right)\times 100\%}$^[19]

Выражение ρ / 2 πc можно заменить значением 5,445 × 10 ^-4 м ² · с / кг для сухого воздуха при 25 ° C. Для воздуха 25 ° C и относительной влажности 50% выражение составляет 5,365 × 10 ^-4 м ² · с / кг.

• Версия, которую легче рассчитать с типичными опубликованными параметрами:

${\displaystyle \eta _{0}=\left({\frac {4\cdot \pi ^{2}\cdot F_{s}^{3}\cdot V_{as}}{c^{3}\cdot Q_{es}}}\right)\times 100\%}$

Выражение 4π ² / c ³ можно заменить значением 9,523 × 10 ^-7 с ³ / м ³ для сухого воздуха при 25 ° C. Для воздуха 25 ° C и относительной влажности 50% выражение составляет 9,438 × 10 ^-7 с ³ / м ³ .

• Исходя из эффективности, мы можем рассчитать чувствительность, которая представляет собой уровень звукового давления, создаваемого динамиком для данного входа:

Динамик с КПД 100% (1,0) будет выдавать ватт на каждый входной ватт. Рассматривая драйвер как точечный источник в бесконечной перегородке, на расстоянии одного метра он будет распределен по полусфере площадью 2π м ² для интенсивности 1 / (2π) = 0,159155 Вт / м ² . Слуховой порог принят равным 10 ^–12  Вт / м ² (что соответствует уровню давления 20х10 ^–6  Па). Следовательно, громкоговоритель со 100% -ной эффективностью произведет SPL, равный 10log (0,159155 / 10 ^–12 ), что составляет 112,02 дБ.

УЗД на 1 метре для входной мощности 1 ватт составляет: дБ _{(1 ватт)}  = 112,02 + 10 · log ( η ₀ ).

УЗД на 1 метре для входа 2,83 В составляет: дБ _{(2,83 В)}  = дБ _{(1 ватт)}  + 10 · log (8 / R _e ) = 112,02 + 10 · log (η ₀ ) + 10 · log (8 / R _e )

Качественные описания [ править ]

F _s

Также называется F _s , резонансная частота, измеряемая в герцах (Гц). Частота, при которой комбинация энергии, запасенной в движущейся массе, и податливости подвески максимальна, что приводит к максимальной скорости конуса. Более податливая подвеска или большая движущаяся масса вызовут более низкую резонансную частоту и наоборот. Обычно менее эффективно производить выходной сигнал на частотах ниже F _s , а входные сигналы значительно ниже F _s могут вызывать большие отклонения, механически подвергая опасности водителя. Низкочастотные динамики обычно имеют F _s в диапазоне 13–60 Гц. Средние частоты обычно имеют F _sв диапазоне 60–500 Гц и твитеры от 500 Гц до 4 кГц. Типичный заводской допуск для спецификации F _s составляет ± 15%.

Q _ts

Безразмерное измерение, характеризующее комбинированное электрическое и механическое демпфирование драйвера. В электронике Q - это величина, обратная коэффициенту демпфирования. Значение Q _ts пропорционально запасенной энергии, деленной на рассеиваемую энергию, и определяется при резонансе ( F _s ). Большинство драйверов имеют значения Q _ts от 0,2 до 0,5, но есть веские (если необычные) причины, чтобы иметь значение за пределами этого диапазона.

Q _мс

Безразмерное измерение, характеризующее механическое демпфирование динамика, то есть потери в подвеске (в подвесе и крестовине). Оно варьируется примерно от 0,5 до 10, с типичным значением около 3. Высокое Q _мс указывает на более низкие механические потери, и низкий Q _мс указывает на более высокие потери. Основное влияние Q _мс на импеданс драйвера, при этом драйверы с высоким Q _мс отображают более высокий пик импеданса. Одним из предикторов низкого Q _мс является металлический каркас звуковой катушки. Они действуют как вихретоковые тормоза и увеличивают демпфирование, уменьшая Q _мс.. Они должны быть спроектированы с электрическим разрывом в цилиндре (чтобы не было токопроводящей петли). Некоторые производители динамиков поместили закороченные витки вверху и внизу звуковой катушки, чтобы предотвратить выход из зазора, но резкий шум, создаваемый этим устройством при перегрузке драйвера, вызывает тревогу и воспринимается владельцами как проблема. Высокий Q _мс драйверы часто строятся с непроводящих шпангоутов , изготовленных из бумаги или различных пластмасс.

Q _es

Безразмерное измерение, описывающее электрическое затухание громкоговорителя. Когда катушка с проволокой движется через магнитное поле, он генерирует ток, который противодействует движению катушки. Эта так называемая «обратная ЭДС» (пропорциональная скорости Bl ×) уменьшает общий ток через катушку вблизи резонансной частоты, уменьшая перемещение конуса и увеличивая импеданс. В большинстве драйверов Q _es является доминирующим фактором в демпфировании звуковой катушки. Q _es зависит от выходного сопротивления усилителя. Приведенная выше формула предполагает нулевое выходное сопротивление. Когда используется усилитель с ненулевым выходным импедансом, его выходное сопротивление следует прибавлять к R _e для расчетов, включающих Q _es..

Bl

Измеряется в тесла- метрах (Т · м). Технически это B × l или B × l  sin ( θ ) ( векторное векторное произведение ), но стандартная геометрия круглой катушки в кольцевом зазоре звуковой катушки дает sin ( θ ) = 1. B × l также известен как «силовой коэффициент», потому что сила, действующая на катушку со стороны магнита, равна B × l, умноженному на ток, протекающий через катушку. Чем выше произведение B × l , тем больше сила, создаваемая данным током, протекающим через звуковую катушку. B ×l очень сильно влияет на Q _es .

V _как

Измеряется в литрах (L) или кубических метрах, является обратной мерой «жесткости» подвески, когда водитель установлен на открытом воздухе. Он представляет собой объем воздуха, который имеет ту же жесткость, что и подвеска водителя, когда на него воздействует поршень той же площади ( S _d ), что и конус. Большие значения означают меньшую жесткость и, как правило, требуют более крупных корпусов. V _as изменяется _в зависимости от квадрата диаметра. Типичный заводской допуск для V в _{качестве} спецификации составляет ± 20–30%.

М _мс

Измеренная в граммах (г) или килограммах (кг), это масса диффузора, катушки и других движущихся частей динамика, включая акустическую нагрузку, создаваемую воздухом, контактирующим с диффузором динамика. M _md - это масса конуса / катушки без акустической нагрузки, и эти два значения не следует путать. Некоторые программы моделирования вычисляют M _ms при вводе M _md . Производитель может очень тщательно контролировать M _md .

R _мс

Обычно для этого параметра не указываются единицы измерения, но он выражается в механических «омах». R _ms - это измерение потерь или демпфирования в подвеске и движущейся системе водителя. Это главный фактор при определении Q _мс . R _ms зависит от топологии подвески, материалов и материала каркаса звуковой катушки ( бобины ).

C _мс

Измеряется в метрах на ньютон (м / Н). Описывает податливость (то есть обратную жесткости) подвески. Более совместимая система суспензии, тем ниже его жесткость, так что чем выше V , _как будет. C _ms пропорционально V _as и, следовательно, имеет те же диапазоны допусков.

R _e

Измеряемое в омах (Ом), это сопротивление постоянному току (DCR) звуковой катушки, которое лучше всего измерять при заблокированном диффузоре или при отсутствии движения или вибрации, поскольку в противном случае улавливание окружающих звуков может сделать измерение ненадежным. R _e не следует путать с номинальным импедансом драйвера, R _e может строго контролироваться производителем, в то время как номинальные значения импеданса часто в лучшем случае являются приблизительными. Американский стандарт EIA RS-299A определяет, что R _e(или DCR) должно составлять не менее 80% от номинального импеданса драйвера, поэтому драйвер с номинальным сопротивлением 8 Ом должен иметь сопротивление постоянному току не менее 6,4 Ом, а модуль с сопротивлением 4 Ом должен иметь минимум 3,2 Ом. Этот стандарт является добровольным, и многие драйверы на 8 Ом имеют сопротивление ≈5,5 Ом и пропорционально меньше для более низких номинальных сопротивлений.

L _e

Измеренная в миллигенри (мГн), это индуктивность звуковой катушки. Катушка представляет собой индуктор с потерями, отчасти из-за потерь в полюсном наконечнике, поэтому кажущаяся индуктивность изменяется с частотой. Большие значения L _e ограничивают высокочастотный выход драйвера и вызывают изменения отклика вблизи отсечки. Простое программное обеспечение для моделирования часто игнорирует L _e, и поэтому не включает его последствия. Индуктивность изменяется в зависимости от отклонения, поскольку звуковая катушка перемещается относительно полюсного наконечника, который действует как скользящий сердечник индуктора, увеличивая индуктивность при ходе внутрь и уменьшая ее при ходе наружу в типичных схемах выступающих катушек. Эта модуляция индуктивности является важным источником нелинейности (искажения) в громкоговорителях. Установка медного колпачка на полюсный наконечник или медного закорачивающего кольца на нем может уменьшить увеличение импеданса, наблюдаемое на более высоких частотах в типичных драйверах, а также уменьшить нелинейность из-за модуляции индуктивности.

S _d

Измеряется в квадратных метрах (м ² ). Эффективная площадь проекции конуса или диафрагмы. Его сложно измерить, и он во многом зависит от формы и свойств окружающей обстановки. Обычно принимается равным диаметру корпуса конуса плюс от одной трети до половины ширины кольцевого пространства (окружности). Драйверы с широкими рамками валков могут иметь значительно меньшую S _d, чем обычные типы с таким же диаметром рамы.

X _макс

Указывается в миллиметрах (мм). В простейшей форме вычтите высоту обмотки звуковой катушки из высоты магнитного зазора, возьмите абсолютное значение и разделите на 2. Этот метод был предложен Марком Гандером из JBL в статье AES 1981 года в качестве индикатора линейный диапазон двигателя громкоговорителя. Хотя он легко определяется, он не учитывает магнитные и механические нелинейности и асимметрию, которые существенны для некоторых драйверов. Впоследствии была предложена комбинированная механическая / акустическая мера, в которой драйвер постепенно приводится к высоким уровням на низких частотах, при этом X _max определяется путем измерения отклонения на уровне, при котором THD составляет 10%.измеряется на выходе. Этот метод лучше отражает фактическую производительность драйвера, но его труднее и труднее определить.

P _e

Указывается в ваттах. Часто дается два номинала мощности: рейтинг «RMS» и рейтинг «музыкальный» (или «пиковый», или «системный»), обычно пиковое значение дается как ≈2 умноженное на рейтинг RMS. Громкоговорители имеют сложное поведение, и одно число действительно неудовлетворительно. Есть два аспекта управления мощностью: тепловой и механический. Теплоемкость связана с температурой катушки и точкой, в которой клеи и изоляция катушки плавятся или меняют форму. Механический предел вступает в игру на низких частотах, где отклонения максимальны, и влечет за собой механическое повреждение некоторых компонентов. Громкоговоритель, который может обрабатывать тепловую мощность 200 Вт при 200 Гц, иногда может быть поврежден всего лишь несколькими ваттами на очень низкой частоте, например 10 Гц. Спецификации управления мощностью обычно генерируются деструктивно,с помощью долгосрочных промышленных стандартных шумовых сигналов (например, IEC 268), которые отфильтровывают низкие частоты и проверяют только тепловую способность драйвера. Фактическая механическая мощность во многом зависит от корпуса, в котором установлен драйвер.

V _d

Указывается в литрах (л). Объем, вытесняемый конусом, равен площади конуса ( S _d ), умноженной на X _max . Конкретная ценность может быть достигнута любым из нескольких способов. Например, имея маленький конус с большим X _max или большой конус с маленьким X _max . Сравнение значений V _d даст представление о максимальной мощности драйвера на низких частотах. Драйверы с высоким X _max и малым диаметром диффузора, вероятно, будут неэффективными, поскольку большая часть обмотки звуковой катушки будет находиться вне магнитного зазора в любой момент времени и, следовательно, будет мало или совсем не вносить вклад в движение диффузора. Точно так же большой диаметр конуса, малыйДрайверы X _max , вероятно, будут более эффективными, поскольку им не потребуются (а может и не быть) длинные звуковые катушки.

η ₀ - эталонная эффективность

Указывается в процентах (%). Сравнение драйверов по их расчетной эталонной эффективности часто бывает более полезным, чем использование «чувствительности», поскольку показатели чувствительности производителя слишком часто оптимистичны.

Чувствительность

Звуковое давление в дБ, создаваемое динамиком в ответ на заданный стимул. Обычно это указывается на входе 1 Вт или 2,83 В (2,83 В = 1 Вт при нагрузке 8 Ом) на расстоянии одного метра.

Примечания к измерениям - поведение большого сигнала [ править ]

При использовании и интерпретации параметров T / S требуется некоторая осторожность. Важно понимать, что отдельные устройства могут не соответствовать спецификациям производителя. Значения параметров почти никогда не берутся индивидуально, а в лучшем случае являются средними за весь производственный цикл из-за неизбежных производственных отклонений. Характеристики драйвера обычно находятся в пределах (иногда указанного) диапазона допуска. C _ms - наименее контролируемый параметр, но типичные изменения C _ms не имеют большого влияния на окончательный ответ. ^[20]

Также важно понимать, что большинство параметров T / S являются линеаризованными значениями малых сигналов. Анализ, основанный на них, представляет собой идеализированное представление о поведении драйвера, поскольку фактические значения этих параметров меняются во всех драйверах в зависимости от уровня возбуждения, температуры звуковой катушки, в течение срока службы драйвера и т. Д. C _ms уменьшается, чем дальше движется катушка. от отдыха. Bl обычно максимален в состоянии покоя и падает, когда звуковая катушка приближается к X _max . R e увеличивается по мере нагрева катушки, и значение обычно удваивается на 270 ° C (ровно 266 ° C для Cu и 254 ° C для Al), при этом многие звуковые катушки приближаются (или уже достигли) теплового отказа.

Например, F _s и V _as могут значительно изменяться в зависимости от входного уровня из-за нелинейных изменений C _ms . Типичный полнодиапазонный драйвер диаметром 110 мм с F _s 95 Гц при уровне сигнала 0,5 В может упасть до 64 Гц при питании на входе 5 В. Водитель с измеренным V _как 7 л при 0,5 В, может показать V _как увеличение до 13 л при испытании на 4 В. Q _мс , как правило , стабильны в пределах нескольких процентов, независимо от уровня привода. Q _es и Q _ts уменьшаются <13% при повышении уровня возбуждения с 0,5 В до 4 В из-за изменений вBl . Поскольку V _as может значительно возрасти, а F _s может значительно снизиться, с незначительным изменением измеренного M _ms , рассчитанное значение чувствительности ( η ₀) может снизиться более чем на 30% при изменении уровня с 0,5 В до 4 В. Конечно, фактическая чувствительность драйвера не изменилась вообще, но рассчитанная чувствительность верна только при определенных условиях. Из этого примера видно, что при проектировании корпуса или системы предпочтение отдается измерениям, которые могут представлять типичные условия эксплуатации. К сожалению, этот уровень должен быть произвольным, поскольку условия работы постоянно меняются при воспроизведении музыки. Нелинейность, зависящая от уровня, обычно вызывает более низкий, чем прогнозируемый, выходной сигнал или небольшие изменения частотной характеристики.

Сдвиги уровня, вызванные резистивным нагревом звуковой катушки, называются сжатием мощности . Методы проектирования, которые уменьшают нелинейности, могут также уменьшить сжатие мощности и, возможно, искажения, не вызванные сжатием мощности. Было несколько коммерческих проектов, которые включали устройства охлаждения для магнитных структур драйвера, которые предназначены для смягчения повышения температуры звуковой катушки и сопутствующего повышения сопротивления, которое является причиной сжатия мощности. Элегантные конструкции магнита и катушки были использованы для линеаризации Bl и уменьшения значения и модуляции L _e . Большие линейные пауки могут увеличить линейный диапазон C _мс , но большие значения сигнала Bl иC _ms необходимо сбалансировать, чтобы избежать динамического смещения.

Изменения в поведении водителя на протяжении всей жизни [ править ]

Механические компоненты типичных динамиков со временем могут изменяться. Бумага, популярный материал для изготовления конусов, легко впитывает влагу и, если не обработать ее, со временем может потерять некоторую структурную жесткость. Это можно уменьшить, нанеся покрытие из пропитываемого водой материала, такого как различные пластмассовые смолы. Трещины снижают жесткость конструкции и, если они достаточно большие, обычно не подлежат ремонту. Температура имеет сильный, как правило, обратимый эффект; типичные материалы подвески становятся более жесткими при более низких температурах. Суспензия испытывает усталость , а также претерпевает изменения из-за химических и экологических воздействий, связанных со старением, таких как воздействие ультрафиолетового света и окисление.которые плохо влияют на компоненты из пенопласта и натурального каучука, хотя бутил, нитрил, каучук SBR и резино-пластиковые сплавы (например, сантопрен ) более стабильны. Полиуретановая пена полиэфирного типа очень склонна к распаду через 10-15 лет. Изменения в поведении, вызванные старением, часто могут быть положительными, хотя, поскольку среда, в которой они используются, является основным фактором, их последствия нелегко предсказать. Гилберт Бриггс, основатель компании Wharfedale Loudspeakers в Великобритании, провел несколько исследований эффектов старения динамиков в 1950-х и 1960-х годах, опубликовав некоторые данные в своих книгах, в частности « Громкоговорители: почему и как хорошего воспроизведения» . ^[21]

Также во время использования в движущихся компонентах происходят механические изменения. ^{[22] [23]}В этом случае, однако, большинство изменений, по-видимому, происходят на раннем этапе жизни водителя и почти наверняка связаны с ослаблением изгибаемых механических частей драйвера (например, объемного звука, паука и т. Д.). Было опубликовано несколько исследований, в которых задокументированы существенные изменения параметров T / S в течение первых нескольких часов использования, причем некоторые параметры меняются на целых 15% или более за эти начальные периоды. Владелец фирмы GR Research публично сообщил о нескольких подобных исследованиях драйверов нескольких производителей. Другие исследования предполагают незначительные изменения или обратимые изменения только в первые несколько минут. Эта вариативность во многом связана с конкретными характеристиками конкретных материалов, и известные производители стараются учитывать их.Несмотря на то, что в опубликованных обзорах докладчиков имеется множество анекдотических отчетов о звуковых эффектах таких изменений, связь таких ранних изменений с субъективными отчетами о качестве звука не совсем ясна. Некоторые изменения на раннем этапе жизни водителя дополняют друг друга (например, сокращениеF _s сопровождается повышением V _as ) и приводит к минимальным чистым изменениям (небольшие доли дБ) в частотной характеристике. Если характеристики акустической системы критичны, как, например, в случае систем высокого порядка (сложных) или систем с сильным эквалайзером, целесообразно измерить параметры T / S после периода обкатки (обычно несколько часов с использованием программного материала) и смоделировать влияние обычных изменений параметров на производительность драйвера.

Методы измерения [ править ]

Существует множество методов измерения параметров T / S, но самый простой - это использование входного импеданса драйвера, измеренного вблизи резонанса. Импеданс может быть измерен в свободном воздухе (с драйвером без кожуха и либо закрепленным на приспособлении, либо подвешенным на проводе, либо иногда опирающимся на магнит на поверхности) и / или в испытательных перегородках, герметичных или вентилируемых коробках или в различных количествах. массы, добавленной к диафрагме. Шум в среде измерения может повлиять на измерение, поэтому следует измерять параметры в тихой акустической среде.

Самым распространенным ( дружественным к DIY ) методом до появления компьютерных методов измерения был классический метод постоянного тока на открытом воздухе, описанный Тиле в 1961 году. В этом методе используется большое сопротивление (например, R _test = от 500 до 1000 Ом ). последовательно с драйвером и генератором сигналов используется для изменения частоты возбуждения. Напряжение на клеммах громкоговорителя измеряется и считается пропорциональным импедансу. Предполагается, что изменения импеданса громкоговорителя будут иметь небольшое влияние на ток, протекающий через громкоговоритель. Это приближение, и метод приводит к ошибкам измерения Q для драйверов с высоким Z _max - измеренным значениемZ _max всегда будет несколько низким. Это измерение может быть скорректировано путем измерения полного напряжения на калибровочном резисторе и драйвере (назовем это V ) в резонансе и вычисления фактического испытательного тока I = V / ( R _test + Z _max ). Затем вы можете получить исправленную Z _макс = Z _{макс ( без поправки)} × R _тест / I .

Второй метод - это измерение постоянного напряжения, при котором драйвер возбуждается постоянным напряжением и измеряется ток, проходящий через катушку. Напряжение возбуждения, деленное на измеренный ток, равно импедансу.

Распространенным источником ошибок при использовании этих первых двух методов является использование недорогих измерителей переменного тока. Большинство недорогих счетчиков предназначены для измерения частот бытовой электросети (50–60 Гц) и становятся все более неточными на других частотах (например, ниже 40 Гц или выше нескольких сотен герц). Кроме того, искаженные или несинусоидальные сигналы могут вызывать неточности измерений. Недорогие вольтметры также не очень точны при измерении тока и могут вносить заметное последовательное сопротивление, что приводит к ошибкам измерения.

Третий метод - это реакция на недостатки первых двух методов. В нем используется последовательный резистор меньшего размера (например, 10 Ом), и проводятся измерения напряжения на драйвере, генераторе сигналов и / или последовательном резисторе для частот, близких к резонансу. Хотя это утомительно и нечасто используется в ручных измерениях, существуют простые вычисления, которые позволяют определить истинную величину и фазу импеданса. Этот метод используется во многих компьютерных системах измерения громкоговорителей. Когда этот метод используется вручную, результатом выполнения трех измерений является то, что их отношения более важны, чем их фактическое значение, что устраняет эффект плохой частотной характеристики измерителя.

См. Также [ править ]

• Электрические характеристики динамического громкоговорителя
• Акустическая инженерия

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Измерение параметров элемента динамика
• Быстрый бас, медленный бас - миф против факта
• Понимание сжатия мощности
• Акустические аналоговые схемы - метод, лежащий в основе формул
• База данных Thiele-Small Loudspeaker