Svaki zvučnik je zapravo oscilatorni sustav. Na temelju toga izrađuju se gotovo svi izračuni parametara takvih odašiljača zvuka. Jedna od najvažnijih karakteristika modernih zvučnika je faktor kvalitete. Ovaj parametar označava, prije svega, kvalitetu uređaja ove vrste.
Kakva značajka
Dakle, faktor kvalitete zvučnika - koji je to pokazatelj? Usredotočujući se na ovu karakteristiku, može se prije svega odrediti kako su oscilatorna kretanja odašiljača zvuka prigušena. Vjeruje se da ovaj pokazatelj ne bi trebao biti prevelik za glave.
Ako je faktor kvalitete zvučnika visok i jednak, na primjer, 2 ili 3, tada će se vibracije u njemu nastaviti i nakon što sila koja ih je uzrokovala nestane. To će, naravno, dovesti do smanjenja kvalitete zvuka. U zvučniku će se početi pojavljivati neugodni efekti buke.
Kada je faktor kvalitete nizak (manji od 1), oscilacije u uređaju vrlo brzo opadaju. To jest, membrana u dinamici nakonoštar udar gotovo odmah dolazi u stabilno stanje. Kao rezultat, uređaj proizvodi čišći i ugodniji zvuk. U skladu s tim, stručnjaci rijetko razmišljaju o tome kako povećati faktor kvalitete govornika. Uglavnom, pri projektiranju akustičkih sustava, majstori pokušavaju ovu brojku smanjiti.
Točna definicija
Faktor kvalitete zvučnika - što je to, saznali smo općenito. Točnije, ova karakteristika je parametar koji pokazuje koliko puta rezerve energije u razmatranom oscilatornom sustavu premašuju njegove gubitke kada se faza promijeni za 1 radian. Ovako se faktor kvalitete može definirati u terminima fizike.
Gdje su rezerve energije koncentrirane u dinamici
Kada se jak sinusni signal primijeni na glavu, rezerve energije bit će koncentrirane prvenstveno u rastegnutim oprugama, s prigušenim oscilacijama koje teže vraćanju DIV-a u središnji položaj. DIV u modernim zvučnicima može imati različite težine. Sukladno tome, opruge u dizajnu odašiljača zvuka koriste se s nejednakom krutošću. Odnosno, što je zvučnik teži, to ima više rezervi energije.
Gubitak snage zvučnika
Uređaji ove vrste prvenstveno su dizajnirani da emitiraju zvuk koji percipira ljudsko uho. Prijenos takvih vibracija u okolinu je gubitak energije zvučnika. Međutim, učinkovitost modernih zvučnika obično je vrlo niska. Stoga prijenos zvuka čini samo mali dio potrošnje uređaja.energije. Obično se manje od 1% svih gubitaka događa na ovaj način.
Trošak zvučnih vibracija u dinamici je najvažniji pokazatelj. Uostalom, takvi su uređaji dizajnirani i proizvedeni za prijenos zvuka. Ali ipak, mnogo više gubitaka u takvoj opremi su čisto mehanički. Mnogo se energije u takvim uređajima troši na trenje:
- u suspenzijama;
- u magnetskom procjepu;
- o zraku, itd.
Najveća potrošnja energije zvučnika je u njihovom motoru. Moderni uređaji ovog tipa rade na principu malih generatora koji stvaraju prilično velik otpor.
Omjer dionica i gubitaka
Tako će zvučnik s dovoljno jakim oprugama i velikim pomakom akumulirati puno energije. Sukladno tome, njegova količina u uređaju značajno će premašiti gubitke. Takav se zvučnik može smatrati visokokvalitetnim. Oscilacije u njemu će se polako raspadati. U laganom uređaju s ne osobito snažnim oprugama akumulira se manje energije. Sukladno tome, pokazatelj omjera između raspoložive i potrošene energije u njemu bit će mali. Takav se zvučnik smatra nekvalitetnijim i, sukladno tome, kvalitetnijim.
Električne i mehaničke performanse
Faktor kvalitete zvučnika može se izračunati na nekoliko načina. U nekim slučajevima, prilikom određivanja ovog parametra, uzimaju se u obzir samo gubici zvuka, kao i gubici trenja. Korištenjetakve metode izračuna dobiva se mehanička vrijednost.
Ponekad se u izračunima uzimaju u obzir samo brzine protoka za otpor motora zvučnika. Ovaj faktor kvalitete naziva se električnim. Ovaj pokazatelj u dinamici obično ima male vrijednosti. U svakom slučaju, mehanički faktor kvalitete kod odašiljača zvuka uvijek je veći od električnog. Obično takav pokazatelj u dinamici ima vrijednost veću od jedan.
Notacija
Prilikom projektiranja akustičkih sustava i izvođenja raznih vrsta proračuna koriste se sljedeće oznake:
- Qts - puni faktor kvalitete.
- Qms - mehanički faktor kvalitete zvučnika.
-
Qes - električno.
U svakom slučaju, faktor kvalitete zvučnika u formulama uvijek je označen kao Q.
O čemu indikator može ovisiti
Moderni zvučnici smatraju se najkvalitetnijim ako imaju ukupni faktor kvalitete (električni i mehanički gubitak) od približno 0,7 ili manje. Međutim, ova vrijednost trebala bi karakterizirati zvučnik, uzimajući u obzir, između ostalog, njegov akustički dizajn. Treba imati na umu da potonje uvijek povećava neto faktor kvalitete uređaja.
Na primjer, vrlo često je akustični dizajn zvučnika zatvorena kutija. U tom slučaju elastičnosti zraka u zatvorenom prostoru dodaje se elastičnost opruge. Odnosno, u ovako dizajniranoj dinamici bit će više energetskih rezervi. Faktor kvalitete će se povećati ikada koristite fazni pretvarač, trubu, itd.
Stoga, akustični dizajn uvijek treba uzeti u obzir pri odabiru zvučnika. Čisti faktor kvalitete kupljenog uređaja trebao bi u svakom slučaju biti jednak ili manji od 0,7. To će vam omogućiti stvaranje sustava zvučnika s visokokvalitetnim zvukom.
Vjeruje se, na primjer, da bi faktor kvalitete zvučnika za zatvorenu kutiju trebao biti otprilike 0,5-0,6. To zahtijeva još niže brojke jer zvučnike može izazvati jako teško.
Što utječe na faktor kvalitete zvučnika
Utječe na Q u akustičnim sustavima prvenstveno na frekvencijski odziv i na impulsni odziv zvučnika. Odnosno, ovaj pokazatelj u velikoj mjeri određuje karakteristike zvuka zvučnika. Uz faktor kvalitete od 0,5, na primjer, može se postići najbolji impulsni odziv. S pokazateljem od 0,707 dobiva se ravnomjeran frekvencijski odziv. Također na:
- Q faktor 0, 5-0, 6 zvučnika proizvode audiofilski bas;
- indikatori 0, 85-0, 9 bas postaje elastičan i reljefni;
- faktora kvalitete 1, 0, u rezu se pojavljuje "grba" amplitude od 1,5 dB, koju ljudsko uho percipira kao grizni zvuk.
Kako se Q dalje povećava, "grba" u zvuku raste i iz zvučnika počinju dopirati karakteristični šumovi.
Teorija i praksa
Na što, dakle, utječe faktor kvalitete zvučnikarazumljivo. Kako smo saznali, kada se koristi akustični dizajn, ovaj bi pokazatelj trebao biti prilično nizak. Ovako to funkcionira u teoriji. Međutim, u praksi su zvučnici niske kvalitete, nažalost, prilično rijetki. Čak i, na primjer, kada se koristi fazni pretvarač, koji, kako smo saznali, zahtijeva indikator od 0,5-0,6, često se koriste glave s indikatorom iznad jednog.
Svaki uređaj koji emitira zvuk ima vlastitu rezonantnu frekvenciju. I upravo kroz njega membrane, nakon oštrih signala, dolaze u ravnotežno stanje. U mnogim slučajevima, uz visok faktor kvalitete, zvučnik neće ni produljiti niti dovršiti sviranje bilo koje note. Kada vanjski utjecaj prestane, jednostavno će početi neugodno zujati. Ovako se, na primjer, ponašaju jeftini računalni zvučnici na određenoj frekvenciji.
Faktor niske kvalitete zvučnika najčešće je vrlo dobar za sustav zvučnika. Međutim, u naše vrijeme, nažalost, čak i relativno skupi uređaji za prijenos zvuka mogu biti prilično kvalitetni. Na primjer, u opremi koja se prodaje u trgovini po cijeni od oko 5-6 tisuća rubalja, odašiljači zvuka često su potpuno neprikladni za ovaj pokazatelj. Obično imaju previsoko.
Uz sve to, skupi zvučnici s visokim faktorom kvalitete često proizvode prilično kvalitetan zvuk. Bit ovdje prvenstveno leži u činjenici da takvi uređaji obično imaju i prilično nisku rezonantnu frekvenciju. U tom se stanju buka ne percipira posebno dobro.akustički uvježbano ljudsko uho, ne kao dosadne "smetnje", već jednostavno kao vrlo moćan zvuk. Takva "prljavština" postaje posebno neprimjetna kada slušate jednostavnu glazbu, na primjer, modernu pop glazbu. To jest, brujanje u ovom slučaju prolazi kroz "ispravnu" frekvenciju.
O čemu još ovisi
Dizajn tako ima veliki utjecaj na faktor kvalitete zvučnika. Također, ovaj pokazatelj za takvu opremu ovisi o:
- Snaga njegovog motora. Što je ova karakteristika veća, to je niži faktor kvalitete glave.
- Mase kretanja. S povećanjem ovog pokazatelja, napori motora u uređaju za prijenos zvuka postaju manje vidljivi. Zbog toga se gubici trenja povećavaju. Kao rezultat svega toga povećava se faktor kvalitete uređaja.
- Promjer žice. U slučaju da žice u zvučniku daju veliki otpor, električni faktor kvalitete uređaja će se povećati. Doista, u ovom slučaju, opterećenje zvučnika, koji je svojevrsni generator, pada.
Kako izmjeriti faktor kvalitete: formule
U kući se ova postavka zvučnika često izračunava pomoću jednostavnog AC milivoltmetra. Također, za ovaj postupak pripremljena je ploča i otpornik od 1000 Ohma za stabilizaciju struje kroz zvučnik. Osim toga, kada koristite ovu tehniku, trebat će vam softverski generator s računala i pojačalo snage (za dovod signala do zvučnika). Postupak mjerenja faktora kvalitete pomoću takve opreme provodi se na sljedeći način:
- zvučnik je suspendiran u slobodnom stanju, na primjer, na nekom užetu;
- prikupljanje sheme.
Prije sastavljanja strujnog kruga gradi se graf, gdje se napon u milivoltima (100, 200, 300) iscrtava duž y osi. Istodobno, frekvencija je naznačena na x (10, 20, 30 … 140, itd.). Zatim sastavljaju krug u kojem se signal iz pojačala dovodi do otpornika, a zatim ide do zvučnika.
Sljedeći korak:
- uključite milivoltmetar u krug u točkama a i c i postavite napon na 10-20 V na frekvenciji od 500-1000 herca;
- spojite voltmetar na točke u i c, podešavanjem generatora pronađite frekvenciju na kojoj su vrijednosti volta maksimalne (Fs);
- promijenite frekvenciju prema gore u odnosu na Fs i pronađite točke gdje su očitanja voltmetra mnogo manja od Fs i konstantna (Um).
Mjereći napon na određenoj frekvenciji zvučnika, izgradite odgovarajući grafikon. Sljedeći korak je pronaći prosječnu vrijednost između minimalnog i maksimalnog napona. U ovom slučaju koristi se formula U1/2=√UmaxUmin. Rezultirajuća vrijednost u obliku vodoravne linije prenosi se na graf i nalaze se točke presjeka s linijama omjera F1 i F2 (s odgovarajućim indikatorima frekvencije).
Dalje, pronađite faktor kvalitete zvuka po formuli Qa=√Umax/UminFs/F2-F1, gdje je Fs vrijednost frekvencije pri maksimalnim očitanjima milivoltmetra. Tada možete pronaći električni faktor kvalitete:
Qes=QaUmin/(Umax-Umin).
Nakon toga se izračunava ukupni faktor kvalitete zvučnika:
Qts=QaQes/(Qa+Qes).
Sljedeći korak je izrada grafikona za drugog zvučnika i iste izračune.
Koji se drugi parametri mogu izmjeriti
Što je to - faktor kvalitete zvučnika, saznali smo. Ovaj se pokazatelj obično određuje prilikom odabira najprikladnijeg dizajna, projektiranja akustičkih sustava. No, kako bi zvučnici naknadno odašiljali najkvalitetniji zvuk, izračuni se u ovom slučaju moraju izvršiti prema nekim drugim pokazateljima.
Prilikom odabira akustičnog dizajna uvijek se uzimaju u obzir takozvani Thiel-Small parametri. Jedna od tih karakteristika je upravo faktor kvalitete, označen, kako smo doznali, Qts. Također, pri odabiru akustičnog dizajna, takvi pokazatelji vozila kao što su:
- rezonantna frekvencija Fs;
- Vas opružnost ovjesa zvučnika.
Pored tri glavne karakteristike, prilikom proračuna dizajna akustičkih sustava, stručnjaci mogu koristiti sljedeće parametre kao što su:
- područje i promjer difuzora;
- induktivnost;
- osjetljivost;
- impedancija;
- vršna snaga;
- masa mobilnog sustava;
- snaga motora;
- mehanička otpornost;
- relativna tvrdoća, itd.
Vjeruje se da većinaove karakteristike mogu se lako izmjeriti kod kuće s ne posebno sofisticiranim mjernim instrumentima.
Rezonantna frekvencija
Zvučnik je, kako smo saznali, oscilatorni sustav. Prepušten sam sebi, njegov difuzor oscilira određenom frekvencijom kada mu je izložen. Odnosno, ponaša se na isti način kao žica nakon trzanja ili, na primjer, zvono nakon udarca.
Vjeruje se da rezonantna frekvencija može biti:
- za glave subwoofera koje nisu ugrađene u kućište - 20-50 Hz;
- Mitbass zvučnici - 50-120Hz;
- visokotonci - 1000-2000 Hz;
- srednji raspon difuzora - 100-200 Hz;
- kupola - 400-800 Hz.
Rezonantnu frekvenciju zvučnika možete izmjeriti, na primjer, provođenjem signala generatora zvuka kroz njega (povezujući serijski otpornik s njim) ili bilo kojom drugom sličnom metodom. Ovaj indikator je određen vršnom impedancijom uređaja.
Vas rezultat
Ovaj parametar za zvučnike može se mjeriti na dvije metode:
- dodatna masa;
- dodatni volumen.
U prvom slučaju, mjerenja se vrše pomoću neke vrste utega (10 grama po inču promjera difuzora). To mogu biti, na primjer, utezi s ljekarničke vage ili stari novčići, čiji apoen odgovara njihovoj težini. Difuzor je opterećen takvim predmetima i mjeri se njegova frekvencija. Unaprijeditinapravite potrebne izračune koristeći formule.
Kada se koristi metoda dodatne glasnoće, odašiljač zvuka je hermetički fiksiran u posebnoj mjernoj kutiji s vanjskim magnetom. Zatim se mjeri rezonantna frekvencija i izračunavaju se električni i mehanički faktori kvalitete zvučnika, kao i ukupni. Zatim, uzimajući u obzir dobivene podatke, formula određuje Vas.
Vjeruje se da što je manji Vas, ceteris paribus, to je kompaktniji dizajn moguće koristiti za zvučnik. Obično male vrijednosti ovog parametra na istoj rezonantnoj frekvenciji rezultat su kombinacije teškog pokretnog sustava i krutog ovjesa.
Metode za mjerenje dodatnih parametara
Kao što je već spomenuto, uz tri glavne karakteristike vozila, u dizajnu akustičkih sustava mogu se koristiti i drugi pokazatelji. Na primjer, otpor namota glave na istosmjernu struju Re mjeri se na frekvenciji blizu 0 Hz ili jednostavno pomoću ohmmetra.
Površina difuzora Sd ili, kako se još naziva efektivna površina zračenja, poklapa se s konstruktivnom na niskim frekvencijama. Ovaj parametar se nalazi pomoću jednostavne formule Sd=nR2. U tom slučaju se kao polumjer uzima polovica udaljenosti od sredine gumenog ovjesa duž širine od jedne do sredine suprotne strane. To je prvenstveno zbog činjenice da je polovica širine ovjesa također zračeća površina.
Što trebate znati
Ispravno mjerenje parametara vozila, uključujući faktor kvalitete, prilikom projektiranja akustičkih sustava vrlo je važno. Izbjećivelike pogreške, zvučnik se prije mjerenja mora "rastegnuti". Činjenica je da za uređaje ove vrste koji su novi ili nisu korišteni neko vrijeme, parametri vozila mogu se značajno razlikovati od pokazatelja korištenih prije početka proračuna opreme.
Možete "gnječiti" zvučnike prije mjerenja, na primjer, sa sinusoidnim signalima, samo glazbom, bijelim i ružičastim šumom, testnim diskovima. Istovremeno, postupak takve pripreme uređaja trebao bi, prema mišljenju stručnjaka, trajati najmanje jedan dan.
Vrste akustičnog dizajna
Trenutno najpopularnije vrste zvučnika su zatvorene kutije i bas refleksi. Prva vrsta dizajna smatra se najjednostavnijim. Strukturno, zatvorena kutija je kutija od 6 zidova. Prednosti takvog dizajna su, prije svega, kompaktnost, jednostavnost montaže, dobre impulzivne karakteristike, brz i jasan bas. Nedostatak zatvorenih kutija smatra se niskom razinom učinkovitosti. Ovaj dizajn nije prikladan za stvaranje visokog zvučnog tlaka. Zatvorene kutije obično se koriste za slušanje jazz, rock, klupske glazbe.
Fazni pretvarači su prilično složen tip dizajna. Obično se izrađuju od plastike. U isto vrijeme, fazni pretvarači imaju visoku učinkovitost i također omogućuju brzo hlađenje zvučnika. Također, ovaj se dizajn može lako rekonfigurirati ako je potrebno.
Ponekad otvorenoakustični dizajn. U tom slučaju stražnja stijenka površine difuzora koja emitira zvuk nije odvojena od prednje. Najčešće je otvorena kutija kutija koja nema stražnji zid (ili ima mnogo rupa u sebi).
Dizajn roga za glave najčešće se koristi u kombinaciji s drugim vrstama. Međutim, u nekim slučajevima takvi dizajni mogu biti 100% originalni. Takvi se sustavi koriste, na primjer, za zvučnike niske Q. Akustični dizajn ove vrste ima puno prednosti. Njegova glavna prednost je veliki volumen. Istodobno, nedostaci ovog dizajna uključuju nemogućnost dobivanja ujednačenog frekvencijskog odziva, nisku glasnoću zvuka itd.
Kvaliteta i dizajn zvučnika
Vjeruje se da se glave s Fs / Qts>50 trebaju koristiti u zatvorenim kućištima, Fs / Qts>85 - s faznim pretvaračima, Fs / Qts>105 - s pojasnim rezonatorima, Fs / Qts>50 - s otvorenim ekranima i30.
Možete odabrati akustični dizajn za zvučnike, kao što je već spomenuto, i jednostavno prema njihovom faktoru kvalitete. Na primjer, glave s Qts> 1, 2 najčešće se koriste za otvorene kutije. Optimalni faktor kvalitete za njih je 2, 4. Zvučnici s Qts<0, 8-1, 0 dizajnirani su za zatvorene kutije. U ovom slučaju, optimalni pokazatelj, kao što smo ranije saznali, je 0,5-0,6.
Faktor kvalitete zvučnika za fazni pretvarač trebao bi biti: Qts<0, 6. Optimum u ovom slučaju bit će 0,4. Uređaji s Qts<0.4 su prikladni zanastavci za usta.
Kako promijeniti faktor kvalitete, smanjiti ili povećati
Ponekad, da bi oprema za prijenos zvuka radila bolje, ovaj parametar treba povećati ili smanjiti. Često se majstori, na primjer, zanimaju kako smanjiti faktor kvalitete zvučnika. Ovaj zadatak zapravo može biti vrlo težak. Kako bi se smanjio faktor kvalitete zvučnika, obično je potrebno radikalno izmijeniti njegov motor. A ovo je, naravno, prilično kompliciran postupak i u većini slučajeva nije baš opravdan.
Neki stručnjaci primjećuju činjenicu da možete smanjiti faktor kvalitete zvučnika lijepljenjem magneta. Međutim, u ovom slučaju, njegov će se pokazatelj promijeniti za najviše 5-10%. Osim toga, ova metoda je prikladna samo kada je vlastiti magnet zvučnika vrlo slab.
Također, odgovor na pitanje kako smanjiti faktor kvalitete zvučnika, možda postoje i druge tehnologije. Na primjer, to se može učiniti na sljedeći način:
- koristeći rezonatore;
- impregnacija difuzora;
- sektori rezanja, na primjer, prema Ephrussi metodi.
Odgovor na pitanje kako povećati faktor kvalitete zvučnika je prilično jednostavan. Da biste to učinili, kao što smo već saznali gore, obično trebate samo povećati masu kretanja uređaja.
