Фазовая вилка
В громкоговорителе , фазовая вилка фазировочная вилка или акустический трансформатор представляют собой механический интерфейс между динамиком динамика и аудиторией. Фазовая заглушка расширяет высокочастотный диапазон, поскольку она направляет волны наружу, к слушателю, а не позволяет им деструктивно взаимодействовать рядом с динамиком. [1]
Фазовые заглушки обычно встречаются в мощных рупорных громкоговорителях, используемых в профессиональном аудио , в полосах пропускания средних и высоких частот, расположенных между диафрагмой компрессионного драйвера и акустическим рупором . Они также могут располагаться перед диффузорами низкочастотных динамиков в некоторых конструкциях громкоговорителей. В каждом случае они служат для выравнивания длины пути звуковых волн от динамика к слушателю, чтобы предотвратить подавление и проблемы с частотной характеристикой. Фазовую пробку можно рассматривать как дальнейшее сужение горловины рупора, становящееся продолжением рупора до поверхности диафрагмы. [2]
История
[ редактировать ]Электромеханический драйвер, который позже использовался в громкоговорителях, был изобретен немецким промышленником Вернером фон Сименсом в 1877 году, но практического усиления для создания громкоговорителя не существовало до 1921 года. [3] В 1920-х годах были созданы различные конструкции громкоговорителей, в том числе General Electric инженеры Честер В. Райс и Эдвард В. Келлогг, соединившие акустический рупор с динамиком в 1925 году. [4] В 1926 году Bell System инженеры Альберт Л. Тюрас и Эдвард К. Венте модифицировали рупорный громкоговоритель, вставив первую фазовую вилку между динамиком и рупором. [5] Эта фазовая заглушка направляла звуковые волны в горловину рупора из центра диафрагмы и из кольца по периметру диафрагмы через центральное отверстие и кольцевую прорезь с целью улучшения «характеристик передачи» громкоговорителя». в верхней части звукового диапазона частот». [6] По итогам совместных исследований два инженера получили последовательные патенты США: Турас подал патент на новую конструкцию электродинамической диафрагмы, а Венте подал патент на первую фазовую заглушку. [6] [7] Принципы, заложенные Турасом и Венте, повлияли на каждую последующую конструкцию фазовой пробки. [8]
Драйверы сжатия
[ редактировать ]
В рупорных громкоговорителях фазовая заглушка служит для проведения звуковых волн из всех областей диафрагмы компрессионного динамика через камеру сжатия в горло рупора, так что каждый звуковой импульс достигает горла как один когерентный волновой фронт. [9] При успешной реализации высокочастотные характеристики расширяются выше. [10]
Фазовая вилка — сложный и дорогой элемент драйвера сжатия. [5] Его изготовление требует точных допусков. Фазовые пробки изготавливаются из металлов, таких как алюминий, или отливаются из твердого пластика или бакелита . [10] Компания Meyer Sound Laboratories выбрала легкий пластик из-за его устойчивости к температуре и влажности. [11]
Существует множество вариаций конструкции фазовой заглушки, но были разработаны два типа, соответствующие двум основным типам диафрагм: купольной и кольцевой.
Куполообразные диафрагмы аналогичны патентам Thuras/Wente 1920-х годов и до сих пор широко используются. Фазовые заглушки, взаимодействующие с диафрагмами купольного типа, включают большое разнообразие: конструкции с радиальными пазами, конструкции с концентрическими кольцевыми пазами и гибридные конструкции с комбинацией кольцевых и радиальных пазов. Altec Инженер Клиффорд А. Хенриксен сообщил о различиях между радиальными и «кольцевыми» типами фазовых вилок на съездах Общества аудиотехники в 1976 и 1978 годах. [12] [13] Радиальную конструкцию проще изготовить, но она не делает различия между звуковыми волнами, идущими по периметру диафрагмы, и звуковыми волнами, идущими из центра. На высоких частотах диафрагма не действует как идеальный поршень; вместо этого он демонстрирует волнистые модальные свойства, связанные с его жесткостью и плотностью. Из-за скорости распространения волны через материал диафрагмы центр диафрагмы перемещается немного позже периметра. Радиальные пазы в фазовой заглушке не компенсируют эту небольшую разницу во времени, влияющую на самые высокие частоты. Концентрические круглые прорези могут компенсировать пульсацию диафрагмы, но расположение прорезей имеет решающее значение. Круглые пазы могут привести к возникновению резонансов между диафрагмой и фазовой заглушкой - резонансов, которые вызывают подавление волн и соответствующее снижение частотной характеристики на резонансной частоте. [5]
Менее распространенная кольцевая диафрагма представляет собой более позднюю разработку, призванную минимизировать проблемы, связанные с распространением волн через материал диафрагмы. Эта конструкция требует радикально другой формы фазовой вилки, но радиальные пазы и концентрические кольца по-прежнему могут играть роль. [5]
Общая площадь пазов фазовых заглушек обычно составляет от одной восьмой до одной десятой площади диафрагмы. Это дает соотношение изменения скорости давления к объему в диапазоне от 8:1 до 10:1, что служит для согласования импеданса диафрагмы и горловины рупора. [8] [14] Большая площадь щели пропускает больше энергии звуковых волн, но также отражает больше энергии обратно на диафрагму. Меньшая площадь щели удерживает больше волновой энергии между фазовой заглушкой и диафрагмой. Исследуя интерфейс диафрагмы/фазового разъема, Дэвид Ганнесс обнаружил, что в лучшем случае только половина волновой энергии проходит непосредственно от диафрагмы через пазы фазового разъема к слушателю. Другая половина (или более) вызывает подавление в пространстве между диафрагмой и фазовой заглушкой или вызывает временные аномалии (размытие времени) при выходе из фазовой заглушки позже, чем прямой звук. Чтобы минимизировать проблему, Ганнесс математически смоделировал поведение и использовал цифровую обработку сигналов , чтобы применить версию нежелательного волнового поведения с обратной полярностью к исходному аудиосигналу . [15]
НЧ-динамики
[ редактировать ]
Фазовые заглушки можно размещать перед диффузорами низкочастотных динамиков , особенно в рупорных громкоговорителях. Как и в случае с фазовыми заглушками драйвера сжатия, цель состоит в том, чтобы минимизировать помехи высокочастотных волн вблизи драйвера. В этом случае «высокая частота» относится к предполагаемой полосе пропускания; например, можно ожидать, что 12-дюймовый (300 мм) низкочастотный динамик будет воспроизводить энергию частотой 550 Гц вблизи верхней границы предполагаемого диапазона, однако длина волны 550 Гц примерно в два раза больше диаметра низкочастотного динамика, поэтому энергия волны при этом частота, перемещающаяся вбок от одной стороны к другой, будет не в фазе и аннулируется. Если фазовая заглушка находится в центре, такая энергия боковой волны отражается от препятствия и отражается наружу, к слушателю. Фазовые заглушки для диффузоров низкочастотного динамика обычно представляют собой сплошные заглушки, расположенные над центральной пылезащитной крышкой низкочастотного динамика или в центре низкочастотного динамика, заменяя пылезащитный колпачок. [16] [17]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Фазовая вилка» . Справочник по профессиональному аудио . АЕС . Проверено 17 декабря 2017 г.
- ^ Дэвис, Дон; Патронис, Евгений (2006). Инженерия звуковых систем (3-е изд.). Тейлор и Фрэнсис США. стр. 284–285. ISBN 0240808304 .
- ^ «История и виды громкоговорителей» . Технологический центр Эдисона . Проверено 15 февраля 2013 г.
- ^ Холмс, Том (2006). Руководство Routledge по музыкальным технологиям . ЦРК Пресс. п. 179. ИСБН 0415973244 .
- ^ Jump up to: а б с д Грэм, Фил (ноябрь 2012 г.). «Говоря о динамиках: понимание драйверов сжатия: фазовые пробки» . Фасад дома . Лас-Вегас: вневременные коммуникации.
- ^ Jump up to: а б Патент США № 1707545 «Акустическое устройство». Эдвард К. Венте, назначенный в Bell Telephone Laboratories. Заявка подана 4 августа 1926 г. Патент выдан 2 апреля 1929 г.
- ^ Патент США 1707544 «Электродинамическое устройство». Альберт Л. Турас, работающий в Bell Telephone Laboratories. Заявка подана 4 августа 1926 г. Патент выдан 2 апреля 1929 г.
- ^ Jump up to: а б Эргл, Джон (2003). Справочник по громкоговорителям (2-е изд.). Спрингер. стр. 173–179. ISBN 1402075847 .
- ^ Натан, Джулиан (1998). Возвращение к основам аудио . Ньюнес. п. 120. ИСБН 0750699671 .
- ^ Jump up to: а б Баллоу, Глен (2012). Электроакустические устройства: микрофоны и громкоговорители . ЦРК Пресс. стр. 8–10. ISBN 113612117X .
- ^ «Как улучшить лучшее: развитие высоких частот Meyer Sound» . Мейер Саунд . Архивировано из оригинала 16 февраля 2013 года . Проверено 16 февраля 2013 г.
- ^ Хенриксен, Клиффорд А. (октябрь 1976 г.). «Моделирование и анализ фазовой пробки: кольцевые и радиальные типы» . Электронная библиотека AES . Общество аудиоинженеров . Проверено 16 февраля 2013 г.
- ^ Хенриксен, Клиффорд А. (февраль 1978 г.). «Моделирование и анализ фазовой пробки: радиальные и кольцевые типы» . Электронная библиотека AES . Общество аудиоинженеров . Проверено 16 февраля 2013 г.
- ^ Эргл, Джон ; Форман, Крис (2002). JBL Audio Engineering для усиления звука . Хэл Леонард. стр. 125–126. ISBN 1617743631 .
- ^ Ганнесс, Дэвид В. (октябрь 2005 г.). «Улучшение переходных характеристик громкоговорителя с помощью цифровой обработки сигналов» (PDF) . Конвенционный документ . Общество аудиоинженеров. Архивировано из оригинала (PDF) 12 мая 2012 года . Проверено 16 февраля 2013 г. Хостинг: EAW.com
- ^ Старк, Скотт Хантер (1996). Усиление живого звука: подробное руководство по технологиям систем громкой связи и музыкального усиления (2-е изд.). Хэл Леонард. п. 149. ИСБН 0918371074 .
- ^ «Технология фазового подключения» . Предпочтение аудио . OEM-системы. 2010. Архивировано из оригинала 14 апреля 2003 года . Проверено 16 февраля 2013 г.