Параметры Тиле/Малые

Параметры Тиле/Смолл (обычно сокращенно параметры T/S или TSP) представляют собой набор электромеханических параметров , которые определяют заданные низкочастотные характеристики динамика громкоговорителя . Эти параметры публикуются в спецификациях производителями динамиков, чтобы у проектировщиков было руководство при выборе готовых драйверов для конструкции громкоговорителей. Используя эти параметры, разработчик громкоговорителей может смоделировать положение, скорость и ускорение диафрагмы, входное сопротивление и выходной звук системы, состоящей из громкоговорителя и корпуса. Многие параметры строго определены только на резонансной частоте, но подход в целом применим в диапазоне частот, где движение диафрагмы преимущественно поршневое, т. е. 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, используя набор параметров, и производят драйвер с указанными характеристиками или заказывают его у производителя драйвера. Этот процесс генерации параметров целевого ответа известен как синтез. Параметры Тиле/Смолл названы в честь А. Невилла Тиле из Австралийской комиссии по телерадиовещанию и Ричарда Х. Смолла из Сиднейского университета , которые впервые разработали это направление анализа громкоговорителей. Параметры Тиле/Смолл обычно используются при проектировании акустических систем и Hi-Fi корпусов громкоговорителей ; Расчеты TSP показывают специалистам по проектированию динамиков, насколько большим должен быть корпус динамика, а также насколько большим и длинным должен быть порт фазоинвертора (если он используется).

История

Газета 1925 года Честера В. Райса и Эдварда В. Келлогга , чему способствовали достижения в области радио и электроники, возрос интерес к громкоговорителям с прямым излучателем. В 1930 году А. Дж. Турас из Bell Labs запатентовал (патент США № 1869178) свое «устройство для перевода звука» (по сути, вентилируемую коробку), что свидетельствовало об интересе ко многим типам конструкций корпусов в то время.

Прогресс в проектировании и анализе корпусов 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 » книга, обобщающая и расширяющая электроакустику той эпохи. Дж. Ф. Новак использовал новые упрощающие предположения в анализе в статье 1959 года. что привело к практическому решению проблемы чувствительности данного громкоговорителя в герметичных и вентилируемых коробках, а также установило их применимость путем эмпирических измерений. В 1961 году, во многом опираясь на работу Новака, А. Н. Тиле описал серию «выравниваний» герметичных и вентилируемых коробок (т. е. конструкции корпусов, основанные на теории электрических фильтров с хорошо охарактеризованным поведением, включая частотную характеристику, мощность, ход диффузора и т. д.). ) в публикации в австралийском журнале. Эта статья оставалась относительно неизвестной за пределами Австралии, пока не была переиздана в Журнале Общества аудиоинженеров в 1971 году. Важно отметить, что в работе Тиле не учитывались потери в корпусе, и, хотя применение теории фильтров по-прежнему важно, его таблицы выравнивания теперь имеют мало практической пользы из-за игнорирования потерь в корпусе.

Многие другие продолжали разрабатывать различные аспекты конструкции корпусов громкоговорителей в 1960-х и начале 1970-х годов. С 1968 по 1972 год Дж. Э. Бенсон опубликовал три статьи. в австралийском журнале, в котором тщательно проанализированы герметичные , вентилируемые и пассивные конструкции радиаторов , использующие одну и ту же базовую модель, которая учитывает эффекты корпуса, утечки и потери в портах. Начиная с июня 1972 года Ричард Х. Смолл опубликовал серию очень влиятельных статей по анализу акустических систем с прямым излучателем. в том числе закрытого типа, вентилируемая коробка, и пассивный радиатор акустические системы, в Журнале Общества аудиоинженеров , переформулировав и расширив работу Тиле. Эти статьи также были первоначально опубликованы в Австралии, где он учился в аспирантуре и где руководителем его диссертации был Дж. Э. Бенсон. Работы Бенсона и Смолла во многом пересекались, но отличались тем, что Бенсон выполнял свою работу с помощью компьютерных программ, а Смолл использовал аналоговые симуляторы . Смолл также проанализировал системы, включая потери в корпусах. Ричард Х. Смолл и Гарри Марголис, последний из JBL , опубликовали статью в Журнале Общества аудиоинженеров (июнь 1981 г.): которые преобразовали большую часть работ, которые были опубликованы до сих пор, в формы, подходящие для программируемых калькуляторов того времени.

Основные параметры

Это физические параметры динамика громкоговорителя, измеренные на малых уровнях сигнала, используемые в эквивалентных моделях электрических схем. Некоторые из этих значений нелегко и неудобно измерять в готовом драйвере громкоговорителя, поэтому при проектировании громкоговорителей с использованием существующих динамиков (что почти всегда так) более легко измеряемые параметры, перечисленные в разделе «Параметры малого сигнала» более практичными являются :

• $S_{\rm {d}}$ – Эквивалентная площадь поршня диафрагмы привода, в квадратных метрах.
• $M_{\rm {ms}}$ – Масса диафрагмы динамика и звуковой катушки в сборе, включая акустическую нагрузку, в килограммах. Масса диафрагмы динамика и звуковой катушки в сборе известна как $M_{\rm {md}}$.
• $C_{\rm {ms}}$ – Податливость подвески водителя, в метрах на ньютон (обратная величина ее «жесткости»).
• $R_{\rm {ms}}$ – Механическое сопротивление подвески водителя (т. е. «потери»), Н·с/м.
• $L_{\rm {e}}$ – Индуктивность звуковой катушки, в генри (Гн) (обычно измеряется на частоте 1 кГц для низкочастотных динамиков).
• $R_{\rm {e}}$ – Сопротивление звуковой катушки постоянному току, в Омах.
• $Bl$ – Произведение плотности магнитного потока в зазоре звуковой катушки и длины провода в магнитном поле, в тесла-метрах (Тм).

Малые параметры сигнала

Эти значения можно определить путем измерения входного сопротивления драйвера вблизи резонансной частоты при небольших входных уровнях, при которых механическое поведение драйвера фактически линейно (т. е. пропорционально его входному сигналу). Эти значения легче измерить, чем приведенные выше фундаментальные значения. Параметры малого сигнала:

• $f_{\rm {s}}$ – Резонансная частота драйвера

$f_{\rm {s}}={\frac {1}{2\pi \cdot {\sqrt {C_{\rm {ms}}\cdot M_{\rm {ms}}}}}}$

• $Q_{\rm {es}}$ – Водитель $Q$ в $f_{\rm {s}}$ учитывая электрическое сопротивление $R_{\rm {e}}$ только

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

• $Q_{\rm {ms}}$ – Водитель $Q$ в $f_{\rm {s}}$ учитывая только неэлектрические потери драйвера

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

• $Q_{\rm {ts}}$ – Тотальный водитель $Q$ в $f_{\rm {s}}$ в результате всех сопротивлений водителя

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

• $V_{\rm {as}}$ – Объем воздуха имеет ту же акустическую податливость, что и подвеска водителя.

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

где $\rho$ плотность воздуха (1,184 кг/м ³ при 25 °C) и $c$ — скорость звука (346,1 м/с при 25 °C). Если использовать единицы СИ , результат будет в кубических метрах. Чтобы конвертировать $V_{\rm {as}}$ в литры умножьте на 1000.

Большие параметры сигнала

Эти параметры полезны для прогнозирования приблизительной производительности драйвера при высоких уровнях входного сигнала, хотя их сложнее, а 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, продолжительное механическое движение и т. д.) — все это меняет поведение драйвера, часто увеличивая искажения нескольких видов:

• $X_{\rm {max}}$ – Максимальный линейный пиковый (или иногда размах) отклонения (в мм) диффузора. Обратите внимание, что из-за механических проблем движение диффузора становится нелинейным при больших отклонениях, особенно превышающих этот параметр.
• $X_{\rm {mech}}$ – 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, меры по охлаждению звуковой катушки (например, вентиляция полюсного наконечника или отверстия в корпусе звуковой катушки над самой катушкой, обеспечивающие рассеивание тепла с потоком воздуха) сами по себе изменят поведение при больших отклонениях конуса.
• $P_{\rm {e}}$ – Тепловая мощность драйвера, в ваттах. Это значение трудно охарактеризовать, и оно часто переоценивается производителями и другими лицами. Когда звуковая катушка нагревается, она в некоторой степени меняет размеры и в значительной степени меняет электрическое сопротивление. Последний изменяет электрические взаимоотношения между звуковой катушкой и пассивными компонентами кроссовера, изменяя крутизну и точки кроссовера, заложенные в акустическую систему.
• $V_{\rm {d}}$ – Пиковый рабочий объем, рассчитанный по формуле $V_{\rm {d}}$ = $S_{\rm {d}}$· $X_{\rm {max}}$

Другие параметры

• $Z_{\rm {max}}$ – Сопротивление драйвера при $f_{\rm {s}}$, используется при измерении $Q_{\rm {es}}$ и $Q_{\rm {ms}}$.

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

• $EBP$ – Продукт эффективности полосы пропускания, грубый показатель. Общее эмпирическое правило указывает на то, что для $EBP>100$, драйвер, пожалуй, лучше всего использовать в вентилируемом корпусе, тогда как $EBP<50$ указывает на герметичный корпус. Для $50<EBP<100$, любой корпус можно эффективно использовать.

$EBP={\frac {f_{\rm {s}}}{Q_{\rm {es}}}}$

• $Z_{\rm {nom}}$ – Номинальное сопротивление громкоговорителя, обычно 4, 8 или 16 Ом.
• $\eta _{0}$ – Эталонный или «доступный» КПД драйвера, в процентах.

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

Выражение $\rho /2\pi c$ можно заменить значением 5,445×10 ⁻⁴ м ² ·с/кг для сухого воздуха при 25 °C. Для воздуха при температуре 25 °C и относительной влажности 50 % выражение будет равно 5,365×10. ⁻⁴ м ² ·с/кг.

Версия, которую легче рассчитать с использованием типичных опубликованных параметров:

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

Выражение $4\pi ^{2}/c^{3}$ можно заменить значением 9,523×10 ⁻⁷ с ³ /м ³ для сухого воздуха при 25°С. Для воздуха при температуре 25 °C и относительной влажности 50 % выражение будет равно 9,438×10. ⁻⁷ с ³ /м ³ .

• Исходя из эффективности, мы можем рассчитать чувствительность, которая представляет собой уровень звукового давления, создаваемый динамиком для данного входного сигнала:

Динамик с эффективностью 100% (1,0) будет выдавать один ватт на каждый входной ватт. Если рассматривать драйвер как точечный источник в бесконечной перегородке, то на расстоянии одного метра он будет распределен по полусфере площадью $2\pi$ м ² для интенсивности $1/(2\pi )$ = 0,159155 Вт/м ² . Слуховой порог принят равным 10. ^–12 Вт/м ² (что соответствует уровню давления 20×10 ⁻⁶ Па). Следовательно, динамик со 100% эффективностью будет производить уровень звукового давления, равный 10log(0,159155/10). ^–12 ), что составляет 112,02 дБ.

Тогда уровень звукового давления на расстоянии 1 метр для входной мощности 1 Вт составит: дБ _{(1 Вт)} = 112,02 + 10·log( $\eta _{0}$)

Тогда уровень звукового давления на расстоянии 1 метр для входного напряжения 2,83 В составит: дБ _{(2,83 В)} = дБ _{(1 Вт)} + 10·log(8/ $R_{e}$) = 112,02 + 10·log( $\eta _{0}$) + 10·log(8/ $R_{e}$)

Качественные описания

Разрез динамика с динамическим диффузором. Изображение не в масштабе.

$f_{\rm {s}}$

Резонансная частота драйвера, измеряется в герцах (Гц). Частота, при которой сочетание энергии, запасенной в движущейся массе, и податливости подвески является максимальным и приводит к максимальной скорости конуса. Более податливая подвеска или большая движущаяся масса приведут к снижению резонансной частоты, и наоборот. Обычно менее эффективно производить выходной сигнал на частотах ниже $f_{\rm {s}}$, а входные сигналы значительно ниже $f_{\rm {s}}$ может вызвать большие отклонения, подвергая водителя механической опасности. Низкочастотные динамики обычно имеют $f_{\rm {s}}$ в диапазоне 13–60 Гц. Средние частоты обычно имеют $f_{\rm {s}}$ в диапазоне 60–500 Гц и твитеры от 500 Гц до 4 кГц. Типичный заводской допуск на значение $f_{\rm {s}}$ составляет ±15%.

$Q_{\rm {ts}}$

Безразмерное измерение, характеризующее комбинированное электрическое и механическое демпфирование привода. В электронике, $Q$ является обратной величиной коэффициента демпфирования. Стоимость $Q_{\rm {ts}}$ пропорциональна запасенной энергии, деленной на рассеиваемую энергию, и определяется при резонансе ( $f_{\rm {s}}$). У большинства водителей есть $Q_{\rm {ts}}$ значения между 0,2 и 0,5, но существуют веские (хотя и необычные) причины, по которым значение выходит за пределы этого диапазона.

$Q_{\rm {ms}}$

Безразмерная мера, характеризующая механическое демпфирование водителя, то есть потери в подвеске (объемной и крестовине). Он варьируется примерно от 0,5 до 10, типичное значение составляет около 3. Высокий $Q_{\rm {ms}}$ указывает на меньшие механические потери и низкую $Q_{\rm {ms}}$ указывает на более высокие потери. Основной эффект от $Q_{\rm {ms}}$ зависит от импеданса драйвера, с высоким $Q_{\rm {ms}}$ драйверы, демонстрирующие более высокий пик импеданса. Один предиктор для низкого $Q_{\rm {ms}}$ представляет собой металлический формирователь звуковой катушки. Они действуют как вихретоковые тормоза и увеличивают демпфирование, уменьшая $Q_{\rm {ms}}$. Они должны быть спроектированы с электрическим разрывом цилиндра (чтобы не было проводящей петли). Некоторые производители динамиков разместили закороченные витки вверху и внизу звуковой катушки, чтобы она не выходила из зазора, но резкий шум, создаваемый этим устройством при перегрузке динамика, вызывает тревогу и воспринимается владельцами как проблема. Высокий $Q_{\rm {ms}}$ Драйверы часто изготавливаются из непроводящих материалов, сделанных из бумаги или различных пластиков.

$Q_{\rm {es}}$

Безразмерное измерение, описывающее электрическое демпфирование громкоговорителя. Когда катушка с проводом движется через магнитное поле, она генерирует ток, который препятствует движению катушки. Эта так называемая «Обратная ЭДС» (пропорциональная $Bl$ × скорость) уменьшает общий ток через катушку вблизи резонансной частоты, уменьшая движение конуса и увеличивая сопротивление. В большинстве драйверов $Q_{\rm {es}}$ является доминирующим фактором демпфирования звуковой катушки. $Q_{\rm {es}}$ зависит от выходного сопротивления усилителя. В приведенной выше формуле предполагается нулевое выходное сопротивление. Если используется усилитель с ненулевым выходным сопротивлением, его выходное сопротивление следует прибавить к $R_{\rm {e}}$ для расчетов, включающих $Q_{\rm {es}}$.

$Bl$

Измеряется в тесла -метрах (Т·м). Технически это $B\times l$ или $B\times lsin(\theta )$ ( векторное векторное произведение ), но стандартная геометрия круглой катушки в кольцевом зазоре звуковой катушки дает $sin(\theta )=1$. $B\times l$ также известен как «силовой фактор», поскольку сила, действующая на катушку со стороны магнита, равна $B\times l$ умножается на ток через катушку. Чем выше $B\times l$ произведение, тем больше сила, создаваемая данным током, протекающим через звуковую катушку. $B\times l$ оказывает очень сильное влияние на $Q_{\rm {es}}$.

$V_{\rm {as}}$

Измеряется в литрах (л) или кубических метрах и является обратной мерой «жесткости» подвески, когда водитель находится на открытом воздухе. Он представляет собой объем воздуха, который имеет ту же жесткость, что и подвеска водителя, под действием поршня той же площади ( $S_{\rm {d}}$) как конус. Большие значения означают меньшую жесткость и обычно требуют корпуса большего размера. $V_{\rm {as}}$ меняется в зависимости от квадрата диаметра. Типичный заводской допуск на размер $V_{\rm {as}}$ составляет ±20–30%.

$M_{\rm {ms}}$

Измеряется в граммах (г) или килограммах (кг) и представляет собой массу диффузора, катушки, каркаса звуковой катушки и других движущихся частей динамика, включая акустическую нагрузку, создаваемую воздухом, контактирующим с диффузором динамика. $M_{\rm {md}}$ — это масса диффузора/катушки без учета акустической нагрузки, и их не следует путать. Некоторые программы моделирования рассчитывают $M_{\rm {ms}}$ когда $M_{\rm {md}}$ вводится. $M_{\rm {md}}$ может очень тщательно контролироваться производителем.

$R_{\rm {ms}}$

Для этого параметра обычно не указываются единицы измерения, но он указывается в механических омах. $R_{\rm {ms}}$ Это измерение потерь или демпфирования в подвеске и движущейся системе водителя. Это главный фактор, определяющий $Q_{\rm {ms}}$. $R_{\rm {ms}}$ звуковой катушки зависит от топологии подвески, материалов и материала каркаса .

$C_{\rm {ms}}$

Измеряется в метрах на ньютон (м/Н). Описывает податливость (т.е. обратную жесткость) подвески. Чем более податлива система подвески, тем ниже ее жесткость, а значит, тем выше $V_{\rm {as}}$ будет. $C_{\rm {ms}}$ пропорционально $V_{\rm {as}}$ и, таким образом, имеет одинаковые диапазоны допусков.

$R_{\rm {e}}$

Измеряемое в Омах (Ом), это сопротивление звуковой катушки постоянному току (DCR). Лучше всего измерять, когда диффузор заблокирован или не допускает перемещения или вибрации, поскольку в противном случае улавливание окружающих звуков может привести к ненадежности измерений. $R_{\rm {e}}$ не следует путать с номинальным сопротивлением драйвера, $R_{\rm {e}}$ могут строго контролироваться производителем, тогда как номинальные значения импеданса часто в лучшем случае являются приблизительными. Американский стандарт EIA RS-299A определяет, что $R_{\rm {e}}$ (или DCR) должно составлять не менее 80% номинального сопротивления драйвера, поэтому драйвер с номиналом 8 Ом должен иметь сопротивление постоянному току не менее 6,4 Ом, а устройство с сопротивлением 4 Ом должно измерять минимум 3,2 Ом. Этот стандарт является добровольным, и многие 8-омные драйверы имеют сопротивление ≈5,5 Ом и пропорционально меньше для более низких номинальных импедансов.

$L_{\rm {e}}$

Измеряется в генри (Гн) и представляет собой индуктивность звуковой катушки. Звуковая катушка представляет собой катушку индуктивности с потерями, отчасти из-за потерь в полюсном наконечнике, поэтому кажущаяся индуктивность изменяется с частотой. Большой $L_{\rm {e}}$ значения ограничивают высокочастотный выход драйвера и вызывают изменения отклика вблизи среза. Простое программное обеспечение для моделирования часто пренебрегает $L_{\rm {e}}$, и поэтому не включает его последствия. Индуктивность изменяется в зависимости от отклонения, поскольку звуковая катушка перемещается относительно полюсного наконечника, действуя как скользящий сердечник индуктора, увеличивая индуктивность при ходе внутрь и уменьшая ее при ходе наружу в типичных конструкциях подвесной звуковой катушки. Эта модуляция индуктивности является важным источником нелинейности (искажений) в громкоговорителях. Установка медного колпачка на полюсный наконечник или медного закорачивающего кольца может уменьшить увеличение импеданса, наблюдаемое на более высоких частотах в типичных драйверах, а также уменьшить нелинейность из-за модуляции индуктивности.

$S_{\rm {d}}$

Измеряется в квадратных метрах (м ² ). Эффективная проекционная площадь конуса или диафрагмы. Его трудно измерить, и он во многом зависит от формы и свойств окружающей среды. Обычно принимается как диаметр тела конуса плюс от одной трети до половины ширины кольцевого пространства (окружения). Водители с широкими кренами могут иметь значительно меньше $S_{\rm {d}}$ чем обычные типы с тем же диаметром рамы.

$X_{\rm {max}}$

Указывается в миллиметрах (мм). В простейшей форме вычтите высоту обмотки звуковой катушки из высоты магнитного зазора, возьмите абсолютное значение и разделите его на 2. Этот метод был предложен JBL Марком Гандером из в статье AES 1981 года : как индикатор линейного диапазона двигателя громкоговорителя. Хотя его легко определить, он не учитывает магнитные и механические нелинейности и асимметрию, которые существенны для некоторых драйверов. Впоследствии была предложена комбинированная механическая/акустическая мера, при которой динамик постепенно поднимается до высоких уровней на низких частотах, при этом $X_{\rm {max}}$ определяется путем измерения отклонения на уровне, при котором 10% THD на выходе измеряется . Этот метод лучше отражает реальную производительность драйвера, но его определение сложнее и требует больше времени.

$P_{\rm {e}}$

Указывается в ваттах. Часто приводятся два номинала мощности: рейтинг «RMS» и «музыкальный» (или «пиковый», или «системный») рейтинг, обычно пиковая мощность определяется как ≈2-кратное среднеквадратичное значение. Громкоговорители имеют сложное поведение, и одно число действительно неудовлетворительно. Существует два аспекта управления мощностью: тепловой и механический. Теплоемкость связана с температурой катушки и точкой, где клей и изоляция катушки плавятся или меняют форму. Механический предел вступает в силу на низких частотах, где отклонения самые большие, и приводит к механическому отказу какого-либо компонента. Динамик, который может выдержать термическую мощность 200 Вт при частоте 200 Гц, иногда может быть поврежден всего лишь несколькими ваттами на очень низкой частоте, например 10 Гц. Характеристики мощности обычно генерируются разрушительным образом с помощью долговременных шумовых сигналов промышленного стандарта (например, IEC 268), которые отфильтровывают низкие частоты и проверяют только тепловые возможности драйвера. Фактическая механическая мощность во многом зависит от корпуса, в котором установлен драйвер.

$V_{\rm {d}}$

Указывается в литрах (л). Объем, вытесняемый конусом, равен площади конуса ( $S_{\rm {d}}$) умножить на $X_{\rm {max}}$. Конкретное значение может быть достигнуто любым из нескольких способов. Например, имея маленький конус с большим $X_{\rm {max}}$, или большой конус с маленьким $X_{\rm {max}}$. Сравнивая $V_{\rm {d}}$ значения дадут представление о максимальной мощности драйвера на низких частотах. Высокий $X_{\rm {max}}$Динамики с малым диаметром диффузора, вероятно, будут неэффективны, поскольку большая часть обмотки звуковой катушки в любой момент времени будет находиться за пределами магнитного зазора и, следовательно, будет мало или вообще не способствовать движению диффузора. Аналогично, большой диаметр конуса, маленький $X_{\rm {max}}$ драйверы, вероятно, будут более эффективны, поскольку им не понадобятся длинные звуковые катушки, и поэтому они могут не иметь их.

$\eta _{0}$

Эталонная эффективность, указанная в процентах (%). Сравнение драйверов по их расчетной эталонной эффективности часто более полезно, чем использование «чувствительности», поскольку показатели чувствительности производителя слишком часто бывают оптимистичными.

Чувствительность

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

Примечания к измерениям: поведение сильного сигнала

При использовании и интерпретации параметров T/S требуется определенная осторожность. Отдельные устройства могут не соответствовать спецификациям производителя. Значения параметров почти никогда не берутся индивидуально, а в лучшем случае представляют собой средние значения для всего производственного цикла из-за неизбежных производственных изменений. Характеристики драйвера обычно лежат в пределах (иногда заданного) диапазона допуска. $C_{\rm {ms}}$ является наименее контролируемым параметром, однако типичные вариации $C_{\rm {ms}}$ не оказывают большого влияния на окончательный ответ.

Также важно понимать, что большинство параметров T/S представляют собой линеаризованные значения малых сигналов. Анализ на их основе представляет собой идеализированное представление о поведении драйвера, поскольку реальные значения этих параметров у всех драйверов различаются в зависимости от уровня раскачки, температуры звуковой катушки, срока службы драйвера и т. д. $C_{\rm {ms}}$ уменьшается по мере удаления катушки от состояния покоя. $Bl$ обычно максимальна в состоянии покоя и падает по мере приближения звуковой катушки. $X_{\rm {max}}$. $R_{\rm {e}}$ увеличивается по мере нагрева катушки , и значение обычно удваивается на 270 °C (точно 266 °C для Cu и 254 °C для Al), и в этот момент многие звуковые катушки приближаются (или уже достигли) к тепловому отказу.

В качестве примера: $f_{\rm {s}}$ и $V_{\rm {as}}$ может значительно варьироваться в зависимости от входного уровня из-за нелинейных изменений в $C_{\rm {ms}}$. Типичный полнодиапазонный динамик диаметром 110 мм с $f_{\rm {s}}$ 95 Гц при уровне сигнала 0,5 В, может упасть до 64 Гц при подаче на вход 5 В. Водитель с размеренным $V_{\rm {as}}$ 7 л при 0,5 В, может показывать $V_{\rm {as}}$ увеличиться до 13 л при испытании при 4 В. $Q_{\rm {ms}}$ обычно стабилен в пределах нескольких процентов, независимо от уровня возбуждения. $Q_{\rm {es}}$ и $Q_{\rm {ts}}$ уменьшение <13% при повышении уровня возбуждения от 0,5 В до 4 В из-за изменений $Bl$. Потому что $V_{\rm {as}}$ может значительно возрасти и $f_{\rm {s}}$ может значительно упасть при незначительном изменении измеренных $M_{\rm {ms}}$, рассчитанное значение чувствительности ( $\eta _{0}$) может упасть >30% при изменении уровня от 0,5 В до 4 В. Конечно, фактическая чувствительность драйвера совсем не изменилась, но расчетная чувствительность верна только при некоторых конкретных условиях. Из этого примера видно, что измерения, которые следует отдавать предпочтение при проектировании корпуса или системы, скорее всего, будут соответствовать типичным условиям эксплуатации. К сожалению, этот уровень должен быть произвольным, поскольку при воспроизведении музыки условия работы постоянно меняются. Нелинейности, зависящие от уровня, обычно приводят к более низкому, чем прогнозируется, выходному сигналу или к небольшим изменениям частотной характеристики.

Сдвиги уровня, вызванные резистивным нагревом звуковой катушки, называются сжатием мощности . Методы проектирования, которые уменьшают нелинейность, могут также уменьшить сжатие мощности и, возможно, искажения, не вызванные сжатием мощности. Было несколько коммерческих разработок, которые включали устройства охлаждения магнитных структур драйвера, предназначенные для смягчения повышения температуры звуковой катушки и сопутствующего повышения сопротивления, которое является причиной сжатия мощности. Для линеаризации были использованы элегантные магниты и катушки. $Bl$ и уменьшить значение и модуляцию $L_{\rm {e}}$. Большие линейные пауки могут увеличить линейный диапазон $C_{\rm {ms}}$, но большие значения сигнала $Bl$ и $C_{\rm {ms}}$ должны быть сбалансированы, чтобы избежать динамического смещения.

Пожизненные изменения в поведении водителя

Механические компоненты типичных динамиков могут со временем меняться. Бумага, популярный материал для изготовления конусов, легко впитывает влагу и, если ее не обрабатывать, со временем может потерять некоторую структурную жесткость. Это можно уменьшить путем покрытия водонепроницаемым материалом, например, различными пластиковыми смолами. Трещины снижают жесткость конструкции и, если они достаточно велики, обычно не подлежат ремонту. Температура оказывает сильное, как правило, обратимое воздействие; типичные материалы подвески становятся жестче при более низких температурах. Подвеска испытывает усталость , а также подвергается изменениям в результате химических и экологических воздействий, связанных со старением, таких как воздействие ультрафиолета и окисление , которые плохо влияют на компоненты пенопласта и натурального каучука, хотя бутиловый, нитриловый каучук, каучук SBR и сплавы резины и пластика (такие как как сантопрен ) более стабильны. полиэфирного типа Пенополиуретан очень склонен к распаду через 10–15 лет. Изменения в поведении в результате старения часто могут быть положительными, хотя, поскольку окружающая среда, в которой они используются, является основным фактором, последствия нелегко предсказать. Гилберт Бриггс, основатель 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 обеспечить хорошее воспроизведение .

Во время использования в движущихся компонентах также происходят механические изменения. Однако в этом случае большинство изменений, по-видимому, происходят на раннем этапе жизни драйвера и почти наверняка связаны с расслаблением гибких механических частей драйвера (например, подвески, крестовины и т. д.). Было опубликовано несколько исследований, в которых документально подтверждены существенные изменения параметров T/S в течение первых нескольких часов использования, причем некоторые параметры изменяются на целых 15% и более в течение этих начальных периодов. Владелец фирмы GR Research публично сообщил о нескольких подобных расследованиях в отношении водителей нескольких производителей. Другие исследования предполагают незначительные изменения или обратимые изменения уже после первых нескольких минут. Эта изменчивость во многом связана с особенностями конкретных материалов, и авторитетные производители стараются их учитывать. Несмотря на то, что в опубликованных обзорах динамиков имеется множество неофициальных сообщений о слышимых эффектах таких изменений, связь таких ранних изменений с субъективными отчетами о качестве звука не совсем ясна. Некоторые изменения на ранних этапах жизни водителя дополняют друг друга (например, снижение $f_{\rm {s}}$ сопровождается повышением $V_{\rm {as}}$) и приводят к минимальным чистым изменениям (небольшие доли дБ) частотной характеристики. Если производительность акустической системы имеет решающее значение, как в случае с системами высокого порядка (сложными) или сильно эквалайзерными системами, разумно измерить параметры T/S после периода обкатки (обычно несколько часов с использованием программного материала) и моделировать влияние обычных изменений параметров на производительность драйвера.

Методы измерения

Существует множество методов измерения параметров Тиле-Смолла, но самый простой из них использует входное сопротивление драйвера, измеренное вблизи резонанса. Импеданс может быть измерен на открытом воздухе (с драйвером, не имеющим корпуса и прикрепленным к приспособлению, или подвешенным на проводе, или иногда опирающимся на магнит на поверхности) и/или в испытательных перегородках, герметичных или вентилируемых коробках или с различными величинами. массы, добавленной к диафрагме. Шум в среде измерения может повлиять на измерение, поэтому параметры следует измерять в тихой акустической среде.

Наиболее распространенным ( удобным для самостоятельного выполнения ) методом до появления методов измерения с компьютерным управлением был классический метод постоянного тока на свободном воздухе, описанный Тиле в 1961 году. В этом методе используется большое сопротивление (например, $R_{\rm {test}}$ = 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 мало влиять на ток через громкоговоритель. Это приближение, и результат метода: $Q$ погрешности измерения для водителей с высоким $Z_{\rm {max}}$ – измеренное значение $Z_{\rm {max}}$ всегда будет несколько низким. Это измерение можно скорректировать, измерив общее напряжение на калибровочном резисторе и драйвере (назовем это $V$) при резонансе и расчет фактического испытательного тока $I=V/(R_{\rm {test}}+Z_{\rm {max}})$. После этого вы можете получить исправленный $Z_{\rm {max}}$ = $Z_{\rm {max(uncorrected)}}\times R_{\rm {test}}/I$.

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

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

Третий метод является ответом 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 не часто используется при ручных измерениях, существуют простые расчеты, которые позволяют определить истинную величину и фазу импеданса. Этот метод используется во многих компьютерных системах измерения громкоговорителей. Когда этот метод используется вручную, результатом проведения трех измерений является то, что их отношения более важны, чем их фактическое значение, что устраняет эффект плохой частотной характеристики измерителя.

См. также

• Электрические характеристики динамического громкоговорителя
• Акустическая инженерия

Внешние ссылки

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