Selectarea difuzoarelor - Partea 1

18 ianuarie 2006, cu modificările ulterioare: 29 aprilie 2020.

Structura difuzoarelor

Am vrut inițial să evit să discut structura vorbitorului, dar trebuie totuși să vorbesc puțin despre asta pentru că mă refer la ea în atât de multe locuri. Nici eu nu aveam totul curat, deoarece nu le fabric, le folosesc. Din fericire, Laci Pázmándi a ajutat să pună totul la punct - așa că cel puțin imaginea a devenit mai clară pentru mine.

Figura prezintă o vedere în secțiune a unei secțiuni a unui difuzor electrodinamic. Acest caz este un difuzor dinamic complet tradițional. „Motorul” difuzorului este format dintr-un miez de fier/stâlp de fier [1], un magnet [2], o placă de acoperire [3], o bobină/bobină [4] și un corp de bobină [5] (ultimele două sunt denumite colectiv bobina pendulului). În difuzor, miezul de fier, magnetul și capacul creează un câmp magnetic fix foarte puternic în spațiul de aer în care se află și bobina oscilantă. Atașat la corpul bobinei este o diafragmă [10], care este centrată de o pastilă [6] atașată la coș [7] și o margine a diafragmei [11], astfel încât bobina oscilantă se poate mișca doar înainte și înapoi în aer decalaj. Prin conectarea ieșirilor amplificatorului la bornele difuzoarelor [9], curentul electric trece prin firul de intrare [8] la bobină, ceea ce generează o direcție alternativă și magnitudinea forței magnetice în câmpul magnetic fix al aerului gap în funcție de semnalul de intrare. Această forță deplasează corpul bobinei atașat bobinei în funcție de atracția-repulsie, care mută membrana atașată la aceasta. Capacul de praf [12] din mijlocul membranei împiedică pătrunderea murdăriei în spațiul de aer.

Transmiterea frecvenței, sensibilitate, impedanță, putere

Selecția difuzoarelor este deja una dintre fazele proiectării, așa că trebuie să vă planificați în prealabil acordul și schimbătorul. Software-ul de simulare este de mare ajutor în acest sens, merită să-l folosiți deja în timpul căutării. Cu toate acestea, este esențial pentru simulare să fie disponibile măsurătorile și parametrii producătorului difuzoarelor.

Un difuzor este descris de mai mulți parametri. Cea mai importantă dintre toate este curba de transfer de frecvență.

Axa orizontală a curbei arată frecvența (pe o scară logaritmică), iar axa verticală arată presiunea sonoră (în dB). Graficul prezintă presiunea sonoră generată de difuzor sub o tensiune de intrare fixă în funcție de frecvență. Semnalul de măsurare este implicit la un nivel de tensiune de 1 W la impedanța nominală a difuzorului. Linia punctată reprezintă progresia fazei difuzorului. Puteți citi mai multe despre fază într-o postare ulterioară. 1

Măsurarea se efectuează de obicei pe o placă de măsurare IEC, care este o foaie de 1,35 × 1,65 metri (diferite condiții de măsurare sunt în mod normal indicate separat). Pentru măsurare, difuzorul este centrat pe placa de măsurare și coborât. Efectul secundar al tabloului de bord este de aprox. 3 dB boost în transmisie de frecvență în jur de 100 Hz. Transmisia măsurată în acest mod oferă o imagine foarte bună a comportamentului difuzorului încorporat în cutia de peste 300 - 400 Hz. În acest timp, transferul calculat din parametrii Thiele/Small (vezi mai târziu) este decisiv.

Sensibilitatea presiunii sonore (curba de transfer de frecvență) măsurată în domeniul de frecvență util al difuzorului la un singur număr este sensibilitatea.

Empiric, s-a constatat că urechea are aprox. Acesta percepe o creștere de 3 dB a presiunii sonore mai puternică și de aprox. 10 dB pentru dublul volumului. Pe partea electrică, o creștere de 3 dB necesită o putere dublă, iar 10 dB necesită o putere de zece ori mai mare. O presiune acustică de 100 dB necesită 100 W pentru un difuzor de 80 dB/1 W, 10 W pentru un difuzor de 90 dB/1 W și doar 1 W pentru un difuzor de 100 dB/1 W.

Dublarea distanței reduce presiunea acustică cu 6 dB. Un sistem care produce 90 dB de presiune acustică la o distanță de 1 m poate măsura 84 la o distanță de 2 m și doar 78 la 4 m.

Impedanța este un parametru important pentru amplificatorul care acționează difuzorul. Diagrama de impedanță arată rezistența difuzorului în funcție de frecvență.

Există un vârf la frecvența de rezonanță (la 40 Hz pe diagramă) și apoi după ce se „liniște” începe să crească (acesta este efectul firului înfășurat pe bobină). Impedanța se măsoară atunci când difuzorul nu este instalat. Curba de impedanță va fi importantă la proiectarea unui traductor pasiv.

La 80% din impedanța nominală, impedanța difuzorului nu trebuie să fie mai mică oriunde în intervalul de transmisie al frecvenței utile. Pentru difuzorul prezentat în curbă, impedanța nominală este de 8 Ω. Desigur, nu toți producătorii respectă această regulă.

Puterea este strâns legată de impedanță. Difuzorul poate fi încărcat cu o putere maximă de intrare pe termen scurt/lung fără deteriorări (capacitate de încărcare). Numele îi induce în eroare pe mulți, deoarece nu este obișnuit ca un difuzor să-i măsoare performanța acustică. Sunetul maxim al difuzorului este definit atât de sensibilitate, cât și de capacitatea de încărcare.

În cazul midrange și tweetere, capacitatea de încărcare este adesea dată în raport cu întregul sistem și cu o frecvență de trecere, de ex. 100 W 3 kHz 12 dB/octavă. Acest lucru ar trebui interpretat în sensul că un filtru secundar de 3 kHz nu va deteriora difuzorul sub o sarcină de bandă largă de 100 W (de obicei zgomot de trandafir) care acoperă întregul spectru audio. Puteți citi mai multe despre filtre în schimbătoarele de sunet 1.

Capacitatea de încărcare este în primul rând împiedicată de o eficiență redusă a difuzoarelor (η). Un difuzor hi-fi de 92 dB/1 W peste medie este de abia 1%, iar un difuzor profesional excelent de 102 dB/1 W este de numai 10%. 99 și, respectiv, 90% din puterea de intrare sunt convertite pur și simplu în căldură pe bobina difuzorului. Dacă această căldură de căldură nu poate scăpa suficient de repede, bobina se va supraîncălzi, adezivii se vor topi și pendulul se va dezintegra sau firul folosit în bobină va arde prin (rupere). Orice dintre acestea apare mai întâi depinde de materialele utilizate în bobina oscilantă.

Difuzorul trebuie să se potrivească cu amplificatorul care îl acționează în ceea ce privește capacitatea de încărcare și impedanța. Fiecare amplificator are o impedanță minimă de sarcină specificată de producător, care nu ar trebui să coboare mai jos, deoarece poate fi deteriorată din cauza curenților excesivi. Dacă amplificatorul are „4 ohmi”, nu conectați o boxă cu difuzoare cu o impedanță mai mică de 4 ohmi. Dacă impedanța este mai mare, atunci amplificatorul nu va avea nicio problemă, doar puterea de ieșire va scădea (impedanță dublă = jumătate de putere). Puterea trebuie inversată, capacitatea de încărcare a difuzorului trebuie să fie mai mare decât puterea amplificatorului la impedanța dată.

Thiele/Parametri mici

Numit după inventatorii lor, Thiele/Small, T/S pe scurt, poate fi folosit pentru a modela transmisia de bas încorporată în boxa difuzoarelor.

Frecvența de rezonanță măsurată liber (Fs) este auto-rezonanța difuzorului nemontat, care este egală cu frecvența la cel mai înalt vârf al curbei de impedanță. Cu cât această valoare este mai mică, cu atât este mai bună transmisia profundă. Frecvența unui subwoofer „tipic” rezonează în mod obișnuit între 40 și 50 Hz, iar cea a subwooferelor variază între 25 și 35 Hz.

Volumul echivalent (fier) este volumul de aer cu aceeași rezistență la curgere ca și suspensia difuzoarelor. Presupunând același diametru al membranei, cu cât fierul este mai mare, cu atât difuzorul este mai sensibil (care are și o dimensiune mai mare a cutiei).

Bunătatea totală a unui difuzor (Qts) este atenuarea difuzorului la frecvența de rezonanță. Cu cât valoarea parametrului este mai mică, cu atât este mai mică sensibilitatea difuzorului în gama de bas (auto-rezonanța este puternic atenuată). Este un fapt general acceptat faptul că o casetă închisă cu un Qts de 0,4 până la 0,7 și o casetă reflexă cu un Qts sub 0,4 sunt favorabile. Desigur, vă puteți abate de la acest lucru dacă zona de utilizare necesită acest lucru (puteți citi mai multe despre reglare aici 2).

Acești trei parametri pot fi folosiți singuri pentru a modela transmisia de joasă frecvență. Frecvența de tăiere mai mică/dimensiunea cutiei/compensarea sensibilității este afișată la nivelul numărului în acești trei parametri. Fs scăzut, fier ridicat și Qts "optime" = sensibilitate bună + cutie mare; Fs scăzut, fier scăzut = sensibilitate scăzută + cutie mică. Transmiterea basului unei cutii de sunet poate fi, desigur, reglată în multe moduri, unele difuzoare fiind capabile să tolereze dimensiunea unei cutii într-o gamă largă (evident, cu o frecvență de tăiere mai mică și sensibilitate la bas). Dacă ați rulat deja prin suficiente difuzoare într-un simulator, veți vedea la ce vă puteți aștepta de la un anumit difuzor din parametrii „dintr-o privire”.

Bunătatea totală reprezintă cele 3 valori ale bunătății mecanice (Qms) și bunătății electrice (Qes). Primul amortizează datorită structurii mecanice a difuzorului (elasticitatea suspensiei, masa diafragmei, amortizarea, masa în mișcare), cea de-a doua datorită forței „motorului” difuzorului (magnitudinea câmpului magnetic în spațiul de aer, magnitudinea forța magnetică generată de bobină). În general, se observă că Qms este ridicat în raport cu Qts, deci Qts este în principal dependent de Qes. Factorul total de bunătate al unui difuzor este, în principiu, determinat de „puterea motorului” acestuia.

Clemența (Cms) măsoară flexibilitatea suspendării. Cu cât acest număr este mai mic, cu atât este mai „dură” suspensia. Practic, difuzoarele cu Cms sub 0,3 până la 0,4 sunt considerate a fi astfel, diafragma mișcându-se (în starea nemontată) cu mâna fiind vizibil dificilă. Opusul lui Cms este Rms, rezistența mecanică a suspensiei difuzoarelor.

Masa mișcată (Mms) este un parametru complex care include masa mecanică în mișcare (Mmd) și aerul pe care îl mișcă. La valori scăzute, membrana este ușoară, se așteaptă o transmisie de frecvență medie/înaltă bună și sensibilitate cu o transmisie profundă mai slabă. Pe partea opusă sunt difuzoarele cu o membrană cu masă mare, care este deosebit de caracteristică subwooferelor (frecvență de rezonanță redusă).

Factorul de forță (B × L) este forța motorului care deplasează diafragma. Cu cât este mai mare valoarea, cu atât este mai bună sensibilitatea și comportamentul tranzitoriu (bineînțeles, numai dacă masa deplasată nu este disproporționat de mare).

Diagrama de impedanță a difuzorului poate fi aproximată utilizând parametrii rezistență DC (Re sau Rdc) și inductanță (Le). Există, de asemenea, un model mai precis care utilizează doi parametri suplimentari (Re2 și Le2). Acest lucru este important atunci când proiectați un traductor pasiv dacă nu este disponibilă o curbă de impedanță măsurată.

Proprietăți fizice

Datorită tradițiilor anglo-saxone, diametrul corpului bobinei urmează cel mai adesea centimetrii. Cu cât corpul bobinei este mai mare, cu atât este mai mare capacitatea de încărcare. Corpul bobinei este componenta implicată cel mai activ în disiparea căldurii, deoarece este singura componentă care este în contact fizic direct cu bobina.

În prezent, corpul bobinei este de obicei din aluminiu, ceea ce reprezintă un bun compromis între conductivitatea termică/greutate/preț în trei exemplare. Hârtia este un material tradițional, care a fost acum împins înapoi datorită conductivității sale termice slabe. De asemenea, utilizează capton, fibră de sticlă și o varietate de alte materiale, de obicei la difuzoarele de ultimă generație. Un subwoofer înfășurat pe un corp de bobină de aluminiu de 1 inch se așteaptă în mod realist la o sarcină permanentă de aproximativ 40 W.

Deși corpul bobinei nu ar trebui să scoată un sunet, deoarece este o parte în mișcare, acest lucru este inevitabil. Aluminiul este un material rezonant, deci tinde să rezoneze mult mai des la anumite frecvențe decât, să zicem, hârtia.

Dispozitivul generator de sunet al difuzorului este suprafața radiantă (Sd), care constă în principal din suprafața membranei. O suprafață radiantă mai mare produce o presiune acustică mai mare cu aceeași cantitate de deplasare ca una mai mică, deoarece mișcă mai mult aer. La deplasările diafragmei mai mici decât deviația liniară maximă, bobina rămâne în același câmp de forță. Pentru majoritatea difuzoarelor, diafragma poate ieși din acest interval (cu prețul distorsiunii crescânde), dar nu poate depăși niciodată deviația mecanică maximă (Xmech). Difuzorul trebuie să fie proiectat în așa fel încât să nu ajungă niciodată la Xmech sub frecvența și sarcina sonoră.

Difuzoare slab specificate

Toți parametrii enumerați mai sus sunt importanți pentru proiectarea corectă și selectarea difuzoarelor. Sfatul meu personal este să vă feriți de difuzoarele în care producătorul comunică doar parametrii „bine comunicați”. Un exemplu tipic este atunci când foaia de date nu are nicio curbă de transmisie și este limitată la următorii parametri inexistenți:

Performanța, de cele mai multe ori, este suspect de mare;
Transmiterea frecvenței ca domeniu, specificată de la „la”;
Impedanță dată de un singur număr;
Masa magnetului;
Greutatea difuzorului;
Bobină, material coș.

Caracteristica fiecăreia dintre datele de mai sus este că nu știm nimic despre sunetul difuzorului și nu oferim nicio asistență în proiectare. Achiziționarea unui astfel de difuzor este un zbor orb, trebuie măsurată după cumpărare și numai după aceea va fi clar dacă poate fi folosit pentru orice.

Examinarea fizică a vorbitorilor

Poate părea banal, dar trebuie să verificați starea fizică a difuzoarelor înainte de ao utiliza. Pot fi expediate deteriorate sau chiar defecte de fabricație simple (și dacă sunt utilizate, poate fi orice). Pe lângă defectele estetice, verific de obicei următoarele:

Inspecții mecanice

Coș: nu îndoiți nicăieri.
Filete de fierbere: să fie stabile, firul de intrare trebuie lipit corespunzător.
Membrană, jantă: nu este ruptă, crăpată, cuțită. O atenție deosebită trebuie acordată stării jantei spumate, care se va pulveriza în timp.
Adezivi (pentru difuzoare conice, acolo unde sunt disponibile): să fie stabile, distribuite uniform. Nu vărsați pe stâlpi, diafragme sau alte părți în mișcare.
Cu un subwoofer conic și difuzor central, bobina nu trebuie să se frece. Apăsarea ambelor părți la baza capacului de praf cu forță uniformă nu permite bobinei să atingă golul de aer. Doar împingeți diafragma cât de mult poate, fără să se deformeze, dar oricum atât de mult. Apoi apăs și pe o parte, apoi puteți freca după un timp (acest lucru este normal), dar trebuie să fie simetric: trebuie să frecați pe partea opusă la aceeași deplasare.
Simetrie: membrana și janta trebuie să fie simetrice, instalate direct în coș. Apăsați membrana de la baza scutului de praf de ambele părți pentru a elibera flanșa în mod egal de ambele părți.

Dacă difuzorul nu a trecut testul mecanic, nu înseamnă neapărat că este inutilizabil, o scurgere de adeziv nu poate provoca probleme perceptibile. Evident, dacă janta este ruptă, aceasta este o problemă destul de gravă.:)

Inspecții electrice și acustice

Măsurarea rezistenței DC cu un multimetru: nu trebuie să existe diferențe mari între difuzoarele identice. Nu scurtcircuitați și nu rupeți bobina. Pentru un difuzor cu două bobine, toate bobinele trebuie măsurate.
Verificarea firului de impedanță: dacă difuzorul a trecut testul anterior, este recomandabil să măsurați firul de impedanță 4. Nu ar trebui să existe prea multe diferențe între aceleași modele. O atenție deosebită trebuie acordată vârfurilor mai mici sau mai mari care apar în cursul impedanței, mai ales dacă apare doar la exemplare individuale. Acest lucru poate indica o problemă cu sistemul de leagăn.
Subwooferele și subwooferele pot fi trimise fără cutie. Nu trebuie exagerat, dar puteți merge în siguranță până la eschiva mecanică. Aici trebuie să fim atenți la zgomotele care provin de la „motor”, sistemul pendulului. Este o idee bună să limitați sunetul doar la gama profundă (de exemplu, cu un filtru low-pass în jur de 100 Hz), astfel încât zgomotul motorului să fie auzit mai bine. Fiecare vorbitor are unul, dar întinderea este diferită. Copiile aceluiași model trebuie să producă aceeași cantitate de zgomot la același volum.
Rezonanțe severe: utilizați un semnal sinusoidal pentru a conduce difuzorul către o filă la un volum care nu este foarte incomod de la 1/4 din frecvența de rezonanță (în special grija pentru tweetere). Dacă sunetul este vizibil distorsionat sau „metalic” într-o gamă de frecvențe, probabil că există o problemă cu sistemul de oscilație a difuzoarelor. De obicei, pentru tweetere, aceasta indică o eroare de centrare (bobina nu se află exact în centrul golului de aer, posibil chiar și spălare).

Unele articole pot fi banale, dar nu trebuie să omiteți niciunul dintre ele. De asemenea, am întâlnit un coș oblic (nu din cauza deteriorării transportului), un sistem oscilant montat oblic, o bobină de frecare și o membrană slab lipită. Din fericire, aceste erori grave sunt destul de rare, dar există și nu neapărat în cazul produselor noname. De asemenea, am măsurat 0,5 ohmi pe una dintre bobinele unui subwoofer de 2x4 ohmi folosit. Din păcate, problemele de centrare sunt frecvente la tweetere. Dacă difuzorul poate fi dezasamblat, puteți încerca să corectați acest lucru ulterior, dar dacă nu, doar garanția vă poate ajuta. Acesta este motivul pentru care merită să cumpărați de la un comerciant cu amabilitate.

Fiabilitatea datelor din fabrică

Acesta este un subiect foarte delicat, dar trebuie să vorbești despre el. Sunt deja dincolo de măsurarea unor difuzoare și pe baza acestui lucru, se pare că parametrii Thiele-Small dați de producător 5 ar trebui cu siguranță tratați cu rezerve indiferent de producător. Pentru Vifa TG9FD-10-04 6 de ex. în medie Fs = 169 Hz (date din fabrică 113 Hz) și Qts = 1,08 (date din fabrică: 0,83), pentru Monacor SPH-100C 7 Fs = 58 Hz (date din fabrică: 50 Hz), Qts = 0, 77 (date din fabrică: 0.44) conform propriei mele măsurători. Qts sunt aproape întotdeauna mai rele decât ceea ce promite producătorul. Nu există întotdeauna o mare diferență, de ex. datele din fabrică ale Hertz EV F165.5 sunt Fs = 80 Hz, Qts = 0,8 și atunci când sunt scoase din cutie cunosc Fs = 89 Hz, Qts = 0,94 în medie. Dintre acestea, cred că, după un run-in amănunțit, vor aduce aproximativ parametrii din fabrică.

Nu cred că producătorii de renume ar înșela în mod deliberat, ci doar că copia „tehnică” măsurată pe foaia tehnică nu poate fi reprodusă în producția de masă. Cu toate acestea, diferențele semnificative în parametrii T/S pe care i-am experimentat pun puternic sub semnul întrebării semnificația întregii simulări de frecvență joasă. Conform datelor din fabrică, este complet inutil să centrifugați volumul și lungimea țevii cu o astfel de abatere standard.

Curba de transfer de frecvență este în mare parte corectă, acolo unde fac trucul, o fac în principal prin mediere, scalare „inteligentă” a graficului sau grosimea curbei, dar nu cred că ar „repara” graficul. Singura problemă cu aceste măsurători este că, atunci când este instalată într-o cutie, transmisia de frecvență se va schimba semnificativ, deci ar trebui măsurată oricum, iar măsurarea din fabrică ar trebui într-adevăr tratată doar ca date informative.

[1] https://subvoice.hu/hangdobozepites/elmelet/hangvalto1/
[2] https://subvoice.hu/hangdobozepites/elmelet/hangolas/
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Replusz
[4] https://subvoice.hu/hangdobozepites/meres/impedancia/
[5] https://subvoice.hu/hangdobozepites/meres/thielesmall/
[6] https://subvoice.hu/hifi/auto/touran/aktiv/
[7] https://subvoice.hu/hangdobozepites/tunar/

Termeni de utilizare: