Alla högtalare är faktiskt ett oscillerande system. Baserat på detta görs nästan alla beräkningar av parametrarna för sådana ljudsändare. En av de viktigaste egenskaperna hos moderna högtalare är kvalitetsfaktorn. Denna parameter indikerar först och främst kvaliteten på enheter av denna sort.
Vilken funktion
Så, kvalitetsfaktorn för högtalaren - vad är denna indikator? Med fokus på denna egenskap kan man först och främst bestämma hur ljudsändarens oscillerande rörelser dämpas. Man tror att denna indikator inte bör vara för stor för huvudena.
Om högtalarens kvalitetsfaktor är hög och lika med till exempel 2 eller 3, kommer vibrationerna i den att fortsätta även efter att kraften som orsakade dem försvinner. Detta kommer naturligtvis att leda till en försämrad ljudkvalitet. Irriterande bruseffekter börjar synas i högtalaren.
När kvalitetsfaktorn är låg (mindre än 1) avtar svängningarna i enheten mycket snabbt. Det vill säga membranet i dynamik efterkraftig påverkan kommer nästan omedelbart till ett stabilt tillstånd. Som ett resultat producerar enheten ett renare och behagligare ljud. Därför tänker experter sällan på hur man kan öka högtalarens kvalitetsfaktor. I grund och botten, när de designar akustiska system, försöker mästare göra denna siffra lägre.
Exakt definition
Högtalarens kvalitetsfaktor - vad det är, fick vi reda på i allmänna termer. Mer exakt är denna egenskap en parameter som indikerar hur många gånger energireserverna i det betraktade oscillerande systemet överstiger dess förluster när fasen ändras med 1 radian. Så här kan kvalitetsfaktorn definieras i termer av fysik.
Där energireserver är koncentrerade i dynamik
När en stark sinusformad signal appliceras på huvudet, kommer energireserverna att koncentreras primärt i de sträckta fjädrarna, med dämpade svängningar som tenderar att återföra DIV till det centrala läget. DIV i moderna högtalare kan ha olika vikt. Följaktligen används fjädrarna i utformningen av ljudsändaren med ojämn styvhet. Det vill säga, ju tyngre högtalare desto mer energireserver har den.
Högtalarströmavbrott
Enheter av den här typen är främst designade för att avge ljud som uppfattas av det mänskliga örat. Överföringen av sådana vibrationer till omgivningen är högtalarens energiförlust. Effektiviteten hos moderna högtalare är dock vanligtvis mycket låg. Därför står ljudöverföringen endast för en liten del av enhetens förbrukning.energi. Norm alt sker mindre än 1 % av alla förluster på detta sätt.
Kostnaden för ljudvibrationer i dynamik är den viktigaste indikatorn. När allt kommer omkring är det för överföring av ljud som sådana enheter är designade och tillverkade. Men fortfarande är mycket mer förluster i sådan utrustning rent mekaniska. Mycket energi i sådana enheter går åt till friktion:
- i avstängningar;
- i det magnetiska gapet;
- om luft, etc.
Den största strömförbrukningen för högtalare finns i deras motor. Moderna enheter av denna typ fungerar enligt principen om små generatorer som skapar ganska mycket motstånd.
Aktie i förhållande till förlust
Därmed kommer en högtalare med tillräckligt starka fjädrar och kraftig deplacement att samla på sig mycket energi. Följaktligen kommer dess mängd i enheten att avsevärt överstiga förlusterna. En sådan högtalare kan anses vara hög kvalitet. Svängningarna i den kommer att avta långsamt. I en lätt enhet med inte särskilt kraftfulla fjädrar samlas mindre energi. Följaktligen kommer indikatorn på förhållandet mellan tillgänglig och förbrukad energi i den att vara liten. En sådan högtalare anses vara av låg kvalitet och följaktligen av bättre kvalitet.
Elektrisk och mekanisk prestanda
Högtalarnas kvalitetsfaktor kan beräknas på flera sätt. I vissa fall, när man bestämmer denna parameter, beaktas endast ljudförluster, såväl som friktionsförluster. Använder sig avav en sådan beräkningsmetod erhålls ett mekaniskt värde.
Ibland tas endast hänsyn till flödeshastigheterna för högtalarmotorns motstånd i beräkningarna. Denna kvalitetsfaktor kallas elektrisk. Denna indikator i dynamiken har vanligtvis små värden. I alla fall överstiger den mekaniska kvalitetsfaktorn i ljudavsändare alltid den elektriska. Vanligtvis har en sådan indikator i dynamiken ett värde som är större än ett.
Notation
När man designar akustiska system och utför olika typer av beräkningar används följande beteckningar:
- Qts - full kvalitetsfaktor.
- Qms - högtalarens mekaniska kvalitetsfaktor.
-
Qes - elektrisk.
I alla fall betecknas kvalitetsfaktorn för högtalarna i formlerna alltid som Q.
Vad indikatorn kan bero på
Moderna högtalare anses vara av bästa kvalitet om de har en total kvalitetsfaktor (elektrisk och mekanisk förlust) på cirka 0,7 eller mindre. Detta värde bör dock känneteckna högtalaren, med hänsyn till bland annat dess akustiska design. Man bör komma ihåg att det senare alltid höjer enhetens nettokvalitetsfaktor.
Till exempel är den akustiska utformningen av en högtalare ganska ofta en sluten låda. I detta fall läggs luftens elasticitet i det stängda utrymmet till fjäderns elasticitet. Det vill säga att det blir fler energireserver i dynamik som utformas på detta sätt. Kvalitetsfaktorn kommer att öka ochvid användning av en fasväxelriktare, horn, etc.
Akustisk design bör därför alltid beaktas vid val av högtalare. Den rena kvalitetsfaktorn för den köpta enheten bör i alla fall vara lika med eller lägre än 0,7. Detta gör att du kan skapa ett högtalarsystem med högkvalitativt ljud.
Man tror till exempel att kvalitetsfaktorn för en högtalare för en sluten låda bör vara ungefär 0,5-0,6. Detta kräver ännu lägre siffror eftersom det kan driva högtalarna mycket hårt.
Vad påverkar högtalarens kvalitetsfaktor
Påverkar Q i akustiska system främst på frekvensresponsen och på högtalarnas impulsrespons. Det vill säga, denna indikator bestämmer till stor del egenskaperna hos högtalarnas ljud. Med en kvalitetsfaktor på till exempel 0,5 kan bästa impulssvar uppnås. Med en indikator på 0,707 erhålls ett jämnt frekvenssvar. Även på:
- Q-faktor 0, 5-0, 6 högtalare producerar ljudfil bas;
- indikatorer 0, 85-0, 9 bas blir elastisk och präglad;
- med en kvalitetsfaktor på 1, 0, en "puckel" med en amplitud på 1,5 dB dyker upp i snittet, som uppfattas av det mänskliga örat som ett bitande ljud.
När Q:et ökar ytterligare, växer "puckeln" i ljudet och karakteristiska surrande ljud börjar komma från högtalarna.
Teori och praktik
Vad påverkar högtalarens kvalitetsfaktor alltsåförstående. Som vi fick reda på, när du använder akustisk design, bör denna indikator vara ganska låg. Så här fungerar det i teorin. Men i praktiken är högtalare av låg kvalitet, tyvärr, ganska sällsynta. Till och med, till exempel, när man använder en fasväxelriktare, som, som vi fick reda på, kräver en indikator på 0,5-0,6, används ofta huvuden med en indikator över en.
Alla ljudutsändande enheter har sin egen resonansfrekvens. Och det är genom den som membranen, efter skarpa signaler, kommer till ett jämviktstillstånd. I många fall, med en hög kvalitetsfaktor, kommer högtalaren inte ens att förlänga eller avsluta att spela några toner. När den yttre påverkan upphör kommer det helt enkelt att börja surra obehagligt. Så här beter sig billiga datorhögtalare vid en viss frekvens till exempel.
Högtalarnas låga kvalitetsfaktor är oftast mycket bra för högtalarsystemet. Men i vår tid kan tyvärr även relativt dyra ljudsändande enheter vara av ganska hög kvalitet. Till exempel, i utrustning som säljs i en butik till ett pris av cirka 5-6 tusen rubel, är ljudavsändare ofta helt olämpliga för denna indikator. De brukar ha det för högt.
Med allt detta ger dyra högtalare med hög kvalitetsfaktor ofta ett ganska högkvalitativt ljud. Poängen här ligger främst i det faktum att sådana apparater vanligtvis också har en ganska låg resonansfrekvens. Under detta tillstånd uppfattas inte buller särskilt väl.akustiskt tränat mänskligt öra, inte som irriterande "störningar", utan helt enkelt som ett väldigt kraftfullt ljud. Sådan "smuts" blir särskilt omärklig när man lyssnar på enkel musik, till exempel modern popmusik. Det vill säga, brummandet i det här fallet passerar genom "korrekt" frekvens.
Vad mer beror på
Design har alltså stor inverkan på högtalarens kvalitetsfaktor. Denna indikator för sådan utrustning beror också på:
- Kraften i hans motor. Ju högre denna egenskap, desto lägre kvalitetsfaktor på huvudet.
- Mängder av rörelse. Med en ökning av denna indikator blir ansträngningarna från motorn i ljudsändningsanordningen mindre märkbara. Friktionsförlusterna ökar som ett resultat. Som ett resultat av allt detta ökar enhetens kvalitetsfaktor.
- Tråddiameter. I händelse av att ledningarna i högtalaren ger ett stort motstånd, kommer enhetens elektriska kvalitetsfaktor att öka. I det här fallet minskar belastningen på högtalaren, som är en slags generator.
Hur man mäter kvalitetsfaktorn: formler
I hemmet beräknas denna högtalarinställning ofta med en enkel AC-millivoltmeter. För denna procedur är också ett kort och ett 1000 Ohm motstånd förberedda för att stabilisera strömmen genom högtalaren. Dessutom, när du använder denna teknik, behöver du en mjukvarugenerator från en dator och en effektförstärkare (för att ge en signal till högtalaren). Proceduren för att mäta kvalitetsfaktorn med sådan utrustning utförs enligt följande:
- högtalaren är upphängd i ett fritt tillstånd, till exempel på något rep;
- samlar schemat.
Innan kretsen monteras byggs en graf, där spänningen i millivolt (100, 200, 300) plottas längs y-axeln. Samtidigt indikeras frekvensen på x (10, 20, 30 … 140, etc.). Därefter sätter de ihop en krets där signalen från förstärkaren matas till motståndet och går sedan till högtalaren.
Nästa steg:
- inkludera en millivoltmeter i kretsen vid punkterna a och c och ställ in spänningen till 10-20 V vid en frekvens på 500-1000 hertz;
- anslut en voltmeter till punkter in och c, genom att justera generatorn, hitta frekvensen där voltvärdena är maxim alt (Fs);
- ändra upp frekvensen i förhållande till Fs och hitta punkter där voltmätaravläsningarna är mycket mindre än Fs och konstanta (Um).
Mät spänningen vid en viss frekvens för högtalaren, bygg motsvarande graf. Nästa steg är att hitta medelvärdet mellan minimispänningen och maximum. I detta fall används formeln U1/2=√UmaxUmin. Det resulterande värdet i form av en horisontell linje överförs till grafen och skärningspunkterna med linjerna i förhållandet F1 och F2 (med motsvarande frekvensindikatorer) hittas.
Nästa, hitta den akustiska kvalitetsfaktorn med formeln Qa=√Umax/UminFs/F2-F1, där Fs är frekvensvärdet vid maximala millivoltmeteravläsningar. Då kan du hitta den elektriska kvalitetsfaktorn:
Qes=QaUmin/(Umax-Umin).
Därefter beräknas högtalarens totala kvalitetsfaktor:
Qts=QaQes/(Qa+Qes).
Nästa steg är att bygga en graf för den andra högtalaren och göra samma beräkningar.
Vilka andra parametrar kan mätas
Vad är det - högtalarnas kvalitetsfaktor, fick vi reda på. Denna indikator bestäms vanligtvis när man väljer den mest lämpliga designen, designar akustiska system. Men för att högtalarna i efterhand ska kunna sända högsta ljudkvalitet måste beräkningar i detta fall göras enligt några andra indikatorer.
När man väljer en akustisk design tas alltid hänsyn till de så kallade Thiel-Small parametrarna. En av dessa egenskaper är just kvalitetsfaktorn, betecknad, som vi fick reda på, Qts. Dessutom, när du väljer akustisk design, sådana indikatorer på fordonet som:
- resonansfrekvens Fs;
- Vas högtalarupphängning fjädrande.
Förutom de tre huvudegenskaperna kan specialister använda parametrar som:vid beräkning av utformningen av akustiska system
- diffusorarea och diameter;
- induktans;
- sensitivity;
- impedans;
- toppkraft;
- massa av mobilsystemet;
- motorkraft;
- mekaniskt motstånd;
- relativ hårdhet, etc.
Man tror att de flesta avdessa egenskaper kan enkelt mätas hemma med inte särskilt sofistikerade mätinstrument.
Resonansfrekvens
Högtalaren, som vi fick reda på, är ett oscillerande system. Efter att ha lämnats åt sig själv svänger dess diffusor med en viss frekvens när den utsätts för den. Det vill säga att den beter sig på ungefär samma sätt som en sträng efter en plockning eller till exempel en klocka efter ett slag.
Man tror att resonansfrekvensen kan vara:
- för subwooferhuvuden som inte är installerade i skåpet - 20-50 Hz;
- Mitbass-högtalare - 50-120Hz;
- diskanthögtalare - 1000-2000 Hz;
- diffusor mellanregister - 100-200 Hz;
- dome - 400-800 Hz.
Du kan mäta resonansfrekvensen för en högtalare, till exempel genom att driva en ljudgeneratorsignal genom den (genom att ansluta ett motstånd i serie med den) eller med andra liknande metoder. Denna indikator bestäms av enhetens toppimpedans.
Vas poäng
Denna parameter för högtalare kan mätas med två metoder:
- extra massa;
- ytterligare volym.
I det första fallet görs mätningar med någon sorts vikter (10 gram per tum diffusordiameter). Det kan till exempel vara vikter från apoteksvågar eller gamla mynt vars valör motsvarar deras vikt. Spridaren är laddad med sådana föremål och dess frekvens mäts. Ytterligaregör de nödvändiga beräkningarna med formlerna.
När man använder metoden för extra volym, är ljudsändaren hermetiskt fixerad i en speciell mätbox med en magnet på utsidan. Därefter mäts resonansfrekvensen och högtalarens elektriska och mekaniska kvalitetsfaktorer, såväl som summan, beräknas. Sedan, med hänsyn till de erhållna uppgifterna, bestämmer formeln Vas.
Man tror att ju mindre Vas, ceteris paribus, desto mer kompakt design kan användas för högtalaren. Vanligtvis är små värden på denna parameter vid samma resonansfrekvens resultatet av en kombination av ett tungt rörligt system och en stel fjädring.
Metoder för att mäta ytterligare parametrar
Som redan nämnts, förutom de tre huvudegenskaperna hos fordonet, kan andra indikatorer användas vid utformningen av akustiska system. Till exempel mäts huvudlindningsmotståndet mot likström Re vid en frekvens nära 0 Hz eller helt enkelt med en ohmmeter.
Diffusorarean Sd eller, som det också kallas den effektiva strålningsytan, sammanfaller med den konstruktiva vid låga frekvenser. Denna parameter hittas med den enkla formeln Sd=nR2. I det här fallet tas halva avståndet från mitten av gummiupphängningen längs bredden från ena sidan till mitten av den motsatta som radien. Detta beror främst på att halva upphängningens bredd också är en strålande yta.
Vad du behöver veta
Att mäta fordonets parametrar, inklusive kvalitetsfaktorn, korrekt vid utformning av akustiska system är mycket viktigt. Att undvikastora fel måste högtalaren "sträckas ut" innan mätningar. Faktum är att för enheter av denna typ som är nya eller inte har använts på en tid, kan fordonets parametrar skilja sig avsevärt från de indikatorer som användes innan utrustningsberäkningarna påbörjades.
Du kan "knåda" högtalarna före mätningar, till exempel med sinusformade signaler, bara musik, vitt och rosa brus, testskivor. Samtidigt bör proceduren för sådan förberedelse av enheten, enligt experter, under minst en dag.
Typer av akustisk design
De mest populära typerna av högtalarboxar för tillfället är stängda boxar och basreflexer. Den första typen av design anses vara den enklaste. Strukturellt sett är en sluten låda en låda med 6 väggar. Fördelarna med en sådan design är först och främst kompakthet, enkel montering, bra impulsiva egenskaper, snabb och tydlig bas. Nackdelen med slutna lådor anses vara låg effektivitet. Denna design är inte lämplig för att skapa högt ljudtryck. Stängda boxar används vanligtvis för att lyssna på jazz, rock, klubbmusik.
Fasomriktare är en ganska komplex typ av design. De är vanligtvis gjorda av plast. Samtidigt har fasväxelriktare en hög verkningsgrad och låter även högtalaren svalna snabbt. Dessutom kan den här designen enkelt konfigureras om vid behov.
Ibland en öppenakustisk design. I detta fall är den bakre väggen på diffusorns ljudemitterande yta inte separerad från fronten. Oftast är en öppen låda en låda som inte har en bakvägg (eller har många hål i den).
Horndesign för huvuden används oftast i kombination med andra typer. Men i vissa fall kan sådana mönster vara 100% original. Sådana system används till exempel för låg-Q-högtalare. Akustisk design av denna typ har många fördelar. Dess främsta fördel är den höga volymen. Samtidigt inkluderar nackdelarna med denna design omöjligheten att få ett enhetligt frekvenssvar, låg ljudvolym etc.
Högtalarkvalitet och design
Man tror att huvuden med Fs / Qts>50 bör användas i slutna fall, Fs / Qts>85 - med fasväxelriktare, Fs / Qts>105 - med bandpassresonatorer, Fs / Qts>30 - boxar med s och s.
Du kan välja akustisk design för högtalare, som redan nämnts, och helt enkelt utifrån deras kvalitetsfaktor. Till exempel används huvuden med Qts> 1, 2 oftast för öppna lådor. Den optimala kvalitetsfaktorn för dem är 2, 4. Högtalare med Qts<0, 8-1, 0 är designade för slutna lådor. I det här fallet är den optimala indikatorn, som vi fick reda på tidigare, 0,5-0,6.
Kvalitetsfaktorn för högtalarna för en fasväxelriktare bör vara: Qts<0, 6. Det optimala i detta fall kommer att vara 0,4. Enheter med Qts<0.4 är lämpliga förmunstycken.
Hur man ändrar kvalitetsfaktorn, minskar eller ökar
Ibland, för att ljudöverföringsutrustningen ska fungera bättre, måste denna parameter ökas eller minskas. Ganska ofta är mästare, till exempel, intresserade av hur man kan minska kvalitetsfaktorn för en högtalare. Denna uppgift kan faktiskt vara mycket svår. För att minska högtalarens kvalitetsfaktor är det vanligtvis nödvändigt att radik alt ändra dess motor. Och detta är naturligtvis ett ganska komplicerat förfarande och i de flesta fall inte särskilt motiverat.
Vissa experter noterar att du kan minska högtalarnas kvalitetsfaktor genom att limma fast en magnet. Men i det här fallet kommer dess indikator inte att ändras med mer än 5-10%. Dessutom är den här metoden endast lämplig när högtalarens egen magnet är mycket svag.
Också svaret på frågan om hur man sänker högtalarens kvalitetsfaktor, det kan finnas andra tekniker. Detta kan till exempel göras genom att:
- användar resonatorer;
- diffuserimpregnering;
- skärning av sektorer, till exempel, enligt Ephrussi-metoden.
Svaret på frågan om hur man kan öka högtalarens kvalitetsfaktor är ganska enkelt. För att göra detta, som vi redan har upptäckt ovan, behöver du vanligtvis bara öka massan på enhetens rörelse.
