Elke luidspreker is in feite een oscillerend systeem. Op basis hiervan worden bijna alle berekeningen van de parameters van dergelijke geluidszenders gemaakt. Een van de belangrijkste kenmerken van moderne luidsprekers is de kwaliteitsfactor. Deze parameter geeft in de eerste plaats de kwaliteit van apparaten van deze variëteit aan.
Wat een functie
Dus, de kwaliteitsfactor van de spreker - wat is deze indicator? Door op deze eigenschap te focussen, kan men allereerst bepalen hoe de oscillerende bewegingen van geluidszenders worden gedempt. Er wordt aangenomen dat deze indicator niet te groot moet zijn voor de hoofden.
Als de kwaliteitsfactor van de luidspreker hoog is en gelijk is aan bijvoorbeeld 2 of 3, zullen de trillingen erin doorgaan, zelfs nadat de kracht die ze veroorzaakte is verdwenen. Dit zal natuurlijk leiden tot een afname van de geluidskwaliteit. Er zullen vervelende geluidseffecten in de luidspreker verschijnen.
Als de kwaliteitsfactor laag is (minder dan 1), nemen de trillingen in het apparaat zeer snel af. Dat wil zeggen, het membraan in dynamiek nascherpe impact komt bijna onmiddellijk tot een stabiele toestand. Hierdoor produceert het toestel een schoner en prettiger geluid. Dienovereenkomstig denken experts zelden na over hoe de kwaliteitsfactor van de spreker kan worden verhoogd. Kortom, bij het ontwerpen van akoestische systemen proberen meesters dit cijfer lager te maken.
Exacte definitie
De kwaliteitsfactor van de spreker - wat het is, kwamen we in algemene termen te weten. Meer precies, dit kenmerk is een parameter die aangeeft hoe vaak de energiereserves in het beschouwde oscillerende systeem de verliezen overschrijden wanneer de fase met 1 radiaal verandert. Zo kan de kwaliteitsfactor natuurkundig worden gedefinieerd.
Waar energiereserves geconcentreerd zijn in dynamiek
Wanneer een sterk sinusvormig signaal op het hoofd wordt toegepast, zullen de energiereserves voornamelijk worden geconcentreerd in de uitgerekte veren, waarbij gedempte trillingen de neiging hebben om de DIV terug te brengen naar de centrale positie. DIV in moderne luidsprekers kan verschillende gewichten hebben. Dienovereenkomstig worden de veren in het ontwerp van de geluidszender met ongelijke stijfheid gebruikt. Dat wil zeggen, hoe zwaarder de luidspreker, hoe meer energiereserves deze heeft.
Luidsprekervermogensverlies
Apparaten van dit type zijn in de eerste plaats ontworpen om geluid uit te zenden dat door het menselijk oor wordt waargenomen. De overdracht van dergelijke trillingen naar de omgeving is het energieverlies van de luidspreker. Het rendement van moderne luidsprekers is echter meestal erg laag. Daarom vormt geluidsoverdracht slechts een klein deel van het verbruik van het apparaat.energie. Gewoonlijk vindt minder dan 1% van alle verliezen op deze manier plaats.
De kosten van geluidstrillingen in de dynamiek zijn de belangrijkste indicator. Het is immers voor de overdracht van geluid dat dergelijke apparaten worden ontworpen en vervaardigd. Maar toch, veel meer verliezen in dergelijke apparatuur zijn puur mechanisch. Veel energie in dergelijke apparaten wordt besteed aan wrijving:
- in schorsingen;
- in de magnetische opening;
- over lucht, enz.
Het grootste stroomverbruik van luidsprekers zit in hun motor. Moderne apparaten van dit type werken volgens het principe van kleine generatoren die behoorlijk wat weerstand creëren.
Voorraad-verliesverhouding
Een luidspreker met voldoende sterke veren en zware verplaatsing zal dus veel energie verzamelen. Dienovereenkomstig zal de hoeveelheid in het apparaat de verliezen aanzienlijk overschrijden. Zo'n luidspreker kan als van hoge kwaliteit worden beschouwd. De trillingen erin zullen langzaam afnemen. In een lichtgewicht apparaat met niet bijzonder krachtige veren wordt minder energie verzameld. Dienovereenkomstig zal de indicator van de verhouding tussen de beschikbare en verbruikte energie erin klein zijn. Zo'n luidspreker wordt als van lage kwaliteit beschouwd en dus van betere kwaliteit.
Elektrische en mechanische prestaties
De kwaliteitsfactor van de luidsprekers kan op verschillende manieren worden berekend. In sommige gevallen wordt bij het bepalen van deze parameter alleen rekening gehouden met geluidsverliezen en wrijvingsverliezen. Gebruik makend vanvan een dergelijke berekeningsmethode wordt een mechanisch cijfer van verdienste verkregen.
Soms wordt bij de berekeningen alleen rekening gehouden met de stroomsnelheden voor de weerstand van de luidsprekermotor. Deze kwaliteitsfactor wordt elektrisch genoemd. Deze indicator in de dynamiek heeft meestal kleine waarden. In ieder geval overtreft de mechanische kwaliteitsfactor in geluidszenders altijd de elektrische. Meestal heeft zo'n indicator in de dynamiek een waarde groter dan één.
Notatie
Bij het ontwerpen van akoestische systemen en het uitvoeren van verschillende soorten berekeningen, worden de volgende aanduidingen gebruikt:
- Qts - volledige kwaliteitsfactor.
- Qms - mechanische kwaliteitsfactor van de luidspreker.
- Qes - elektrisch.
In ieder geval wordt de kwaliteitsfactor van de sprekers in de formules altijd aangeduid als Q.
Waar de indicator van kan afhangen
Moderne luidsprekers worden als van de beste kwaliteit beschouwd als ze een algehele kwaliteitsfactor (elektrisch en mechanisch verlies) hebben van ongeveer 0,7 of minder. Deze waarde moet echter kenmerkend zijn voor de luidspreker, rekening houdend met onder andere het akoestische ontwerp. Houd er rekening mee dat dit laatste altijd de nettokwaliteitsfactor van het apparaat verhoogt.
Het akoestische ontwerp van een luidspreker is bijvoorbeeld vaak een gesloten doos. In dit geval wordt de elasticiteit van de lucht in de gesloten ruimte opgeteld bij de elasticiteit van de veer. Dat wil zeggen, er zullen meer energiereserves zijn in de dynamiek die op deze manier is ontworpen. De kwaliteitsfactor zal toenemen enbij gebruik van een fase-omvormer, hoorn, enz.
Bij het kiezen van een luidspreker moet dus altijd rekening worden gehouden met een akoestisch ontwerp. De pure kwaliteitsfactor van het gekochte apparaat moet in ieder geval gelijk zijn aan of lager zijn dan 0,7. Hiermee creëer je een luidsprekersysteem met geluid van hoge kwaliteit.
Er wordt bijvoorbeeld aangenomen dat de kwaliteitsfactor van een luidspreker voor een gesloten doos ongeveer 0,5-0,6 moet zijn, hiervoor zijn nog lagere getallen nodig, omdat het de luidsprekers erg hard kan aansturen.
Wat beïnvloedt de kwaliteitsfactor van de spreker
Beïnvloedt Q in akoestische systemen voornamelijk op de frequentierespons en op de impulsrespons van de luidsprekers. Dat wil zeggen, deze indicator bepa alt grotendeels de kenmerken van het geluid van de luidsprekers. Met een kwaliteitsfactor van bijvoorbeeld 0,5 kan de beste impulsrespons worden bereikt. Met een indicator van 0,707 wordt een gelijkmatige frequentierespons verkregen. Ook bij:
- Q factor 0, 5-0, 6 speakers produceren audiofiele bas;
- indicatoren 0, 85-0, 9 bas wordt elastisch en reliëf;
- van een kwaliteitsfactor van 1, 0, verschijnt een "bult" met een amplitude van 1,5 dB in de snede, door het menselijk oor waargenomen als een bijtend geluid.
Naarmate de Q verder toeneemt, wordt de "bult" in het geluid groter en beginnen er karakteristieke zoemgeluiden uit de luidsprekers te komen.
Theorie en praktijk
Wat beïnvloedt de kwaliteitsfactor van de spreker, dusbegrijpelijk. Zoals we ontdekten, zou deze indicator bij gebruik van een akoestisch ontwerp vrij laag moeten zijn. Zo werkt het in theorie. In de praktijk zijn luidsprekers van lage kwaliteit helaas vrij zeldzaam. Zelfs bij gebruik van bijvoorbeeld een fase-omvormer, die, zoals we ontdekten, een indicator van 0,5-0,6 vereist, worden vaak koppen met een indicator boven één gebruikt.
Elk apparaat dat geluid uitstra alt, heeft zijn eigen resonantiefrequentie. En het is daardoor dat de membranen, na scherpe signalen, in een evenwichtstoestand komen. In veel gevallen, met een hoge kwaliteitsfactor, zal de spreker zelfs geen noten verlengen of beëindigen. Wanneer de externe invloed stopt, begint het gewoon onaangenaam te zoemen. Dit is hoe goedkope computerluidsprekers zich bijvoorbeeld gedragen op een bepaalde frequentie.
De lage kwaliteitsfactor van de luidsprekers is meestal erg goed voor het luidsprekersysteem. In onze tijd kunnen helaas zelfs relatief dure apparaten voor het verzenden van geluid behoorlijk van hoge kwaliteit zijn. In apparatuur die bijvoorbeeld in een winkel wordt verkocht voor een prijs van ongeveer 5-6 duizend roebel, zijn geluidszenders vaak volledig ongeschikt voor deze indicator. Ze hebben het meestal te hoog.
Bij dit alles produceren dure speakers met een hoge kwaliteitsfactor vaak een redelijk hoogwaardig geluid. Het punt hier ligt vooral in het feit dat dergelijke apparaten meestal ook een vrij lage resonantiefrequentie hebben. Onder deze omstandigheden wordt geluid niet bijzonder goed waargenomen.akoestisch getraind menselijk oor, niet als vervelende "storing", maar gewoon als een zeer krachtig geluid. Dergelijk "vuil" wordt vooral onmerkbaar bij het luisteren naar eenvoudige muziek, bijvoorbeeld moderne popmuziek. Dat wil zeggen, de brom gaat in dit geval door de "juiste" frequentie.
Waar hangt nog meer van af
Design heeft dus een grote invloed op de kwaliteitsfactor van de speaker. Deze indicator voor dergelijke apparatuur is ook afhankelijk van:
- De kracht van zijn motor. Hoe hoger deze eigenschap, hoe lager de kwaliteitsfactor van het hoofd.
- Massa's beweging. Met een toename van deze indicator worden de inspanningen van de motor in het geluidsoverdragende apparaat minder opvallend. De wrijvingsverliezen nemen daardoor toe. Als gevolg van dit alles neemt de kwaliteitsfactor van het apparaat toe.
- Draaddiameter. In het geval dat de draden in de luidspreker een grote weerstand geven, zal de elektrische kwaliteitsfactor van het apparaat toenemen. In dit geval da alt inderdaad de belasting van de luidspreker, die een soort generator is.
Hoe de kwaliteitsfactor te meten: formules
Thuis wordt deze luidsprekerinstelling vaak berekend met een simpele AC millivoltmeter. Voor deze procedure zijn ook een bord en een weerstand van 1000 Ohm voorbereid om de stroom door de luidspreker te stabiliseren. Bovendien heb je bij het gebruik van deze techniek een softwaregenerator van een computer en een eindversterker nodig (om een signaal aan de luidspreker te leveren). De procedure voor het meten van de kwaliteitsfactor met behulp van dergelijke apparatuur wordt als volgt uitgevoerd:
- de luidspreker hangt in een vrije staat, bijvoorbeeld aan een touw;
- het verzamelen van het schema.
Voordat de schakeling wordt samengesteld, wordt een grafiek gemaakt, waarin de spanning in millivolt (100, 200, 300) langs de y-as wordt uitgezet. Tegelijkertijd wordt de frequentie aangegeven op x (10, 20, 30 … 140, enz.). Vervolgens assembleren ze een circuit waarbij het signaal van de versterker naar de weerstand wordt gevoerd en vervolgens naar de luidspreker gaat.
Volgende stap:
- voeg een millivoltmeter toe aan het circuit op de punten a en c en stel de spanning in op 10-20 V met een frequentie van 500-1000 hertz;
- sluit een voltmeter aan op punten in en c, door de generator aan te passen, vind je de frequentie waar de voltwaarden maximaal zijn (Fs);
- verander de frequentie ten opzichte van Fs en vind punten waar de voltmeter-uitlezingen veel minder zijn dan Fs en constant (Um).
Meet de spanning op een bepaalde frequentie van de luidspreker en bouw de bijbehorende grafiek. De volgende stap is het vinden van de gemiddelde waarde tussen de minimale spanning en de maximale. In dit geval wordt de formule U1/2=√UmaxUmin gebruikt. De resulterende waarde in de vorm van een horizontale lijn wordt overgebracht naar de grafiek en de snijpunten met de lijnen van de verhouding F1 en F2 (met de bijbehorende frequentie-indicatoren) worden gevonden.
Zoek vervolgens de akoestische kwaliteitsfactor met de formule Qa=√Umax/UminFs/F2-F1, waarbij Fs de frequentiewaarde is bij de maximale millivoltmeter-aflezingen. Dan kunt u de elektrische kwaliteitsfactor vinden:
Qes=QaUmin/(Umax-Umin).
Daarna wordt de totale kwaliteitsfactor van de spreker berekend:
Qts=QaQes/(Qa+Qes).
De volgende stap is om een grafiek te maken voor de tweede spreker en dezelfde berekeningen te maken.
Welke andere parameters kunnen worden gemeten
Wat is het - de kwaliteitsfactor van de luidsprekers, kwamen we erachter. Deze indicator wordt meestal bepaald bij het kiezen van het meest geschikte ontwerp, het ontwerpen van akoestische systemen. Om ervoor te zorgen dat de luidsprekers vervolgens het geluid van de hoogste kwaliteit uitzenden, moeten in dit geval berekeningen worden gemaakt volgens een aantal andere indicatoren.
Bij het kiezen van een akoestisch ontwerp wordt altijd rekening gehouden met de zogenaamde Thiel-Small parameters. Een van deze kenmerken is precies de kwaliteitsfactor, die, zoals we ontdekten, Qts wordt genoemd. Ook bij het kiezen van een akoestisch ontwerp, dergelijke indicatoren van het voertuig als:
- resonantiefrequentie Fs;
- Vas luidsprekerophanging veerkracht.
Naast de drie belangrijkste kenmerken kunnen specialisten bij het berekenen van het ontwerp van akoestische systemen parameters gebruiken als:
- diffusoroppervlak en diameter;
- inductie;
- gevoeligheid;
- impedantie;
- piekvermogen;
- massa van het mobiele systeem;
- motorvermogen;
- mechanische weerstand;
- relatieve hardheid, enz.
Er wordt aangenomen dat de meeste van dedeze kenmerken kunnen gemakkelijk thuis worden gemeten met niet bijzonder geavanceerde meetinstrumenten.
Resonantiefrequentie
De luidspreker is, zoals we ontdekten, een oscillerend systeem. De diffuser wordt aan zichzelf overgelaten en oscilleert met een bepaalde frequentie wanneer hij eraan wordt blootgesteld. Dat wil zeggen, het gedraagt zich op vrijwel dezelfde manier als een snaar na een tokkel of bijvoorbeeld een bel na een slag.
Er wordt aangenomen dat de resonantiefrequentie kan zijn:
- voor subwooferkoppen die niet in de kast zijn geïnstalleerd - 20-50 Hz;
- Mitbass-luidsprekers - 50-120Hz;
- tweeters - 1000-2000 Hz;
- diffuser middenbereik - 100-200 Hz;
- koepel - 400-800 Hz.
Je kunt de resonantiefrequentie van een luidspreker meten, bijvoorbeeld door er een geluidsgeneratorsignaal doorheen te sturen (door er een weerstand mee in serie te schakelen) of door andere vergelijkbare methoden. Deze indicator wordt bepaald door de piekimpedantie van het apparaat.
Vaspartituur
Deze parameter voor luidsprekers kan op twee manieren worden gemeten:
- extra massa;
- extra volume.
In het eerste geval worden metingen gedaan met behulp van een soort gewicht (10 gram per inch diffusordiameter). Het kunnen bijvoorbeeld gewichten zijn van apotheekweegschalen of oude munten, waarvan de waarde overeenkomt met hun gewicht. De diffusor is geladen met dergelijke objecten en de frequentie ervan wordt gemeten. Verdermaak de nodige berekeningen met behulp van de formules.
Bij gebruik van de methode van extra volume, wordt de geluidszender hermetisch bevestigd in een speciale meetdoos met een magneet aan de buitenkant. Vervolgens wordt de resonantiefrequentie gemeten en worden de elektrische en mechanische kwaliteitsfactoren van de luidspreker, evenals het totaal, berekend. Vervolgens, rekening houdend met de verkregen gegevens, bepa alt de formule Vas.
Er wordt aangenomen dat de kleinere Vas, ceteris paribus, het compactere ontwerp kan worden gebruikt voor de luidspreker. Meestal zijn kleine waarden van deze parameter bij dezelfde resonantiefrequentie het resultaat van een combinatie van een zwaar bewegend systeem en een starre ophanging.
Methoden voor het meten van extra parameters
Zoals eerder vermeld, kunnen naast de drie belangrijkste kenmerken van het voertuig, andere indicatoren worden gebruikt bij het ontwerp van akoestische systemen. De weerstand van de kopwikkeling tegen gelijkstroom Re wordt bijvoorbeeld gemeten bij een frequentie dichtbij 0 Hz of gewoon met behulp van een ohmmeter.
Het diffusoroppervlak Sd of, zoals het ook het effectieve stralingsoppervlak wordt genoemd, v alt samen met het constructieve oppervlak bij lage frequenties. Deze parameter wordt gevonden met behulp van de eenvoudige formule Sd=nR2. In dit geval wordt de halve afstand van het midden van de rubberen ophanging langs de breedte van de ene kant tot het midden van de tegenovergestelde zijde genomen als de straal. Dit komt voornamelijk doordat de halve breedte van de ophanging ook een stralend oppervlak is.
Wat u moet weten
Het correct meten van de parameters van het voertuig, inclusief de kwaliteitsfactor, is erg belangrijk bij het ontwerpen van akoestische systemen. Vermijdengrote fouten, moet de luidspreker worden "uitgerekt" voordat metingen worden uitgevoerd. Het is een feit dat voor apparaten van dit type die nieuw zijn of al enige tijd niet zijn gebruikt, de parameters van het voertuig aanzienlijk kunnen verschillen van de indicatoren die werden gebruikt vóór het begin van de apparatuurberekeningen.
U kunt de luidsprekers "kneden" voor metingen, bijvoorbeeld met sinusvormige signalen, alleen muziek, witte en roze ruis, testschijven. Tegelijkertijd moet de procedure voor een dergelijke voorbereiding van het apparaat, volgens deskundigen, minstens een dag duren.
Soorten akoestisch ontwerp
De meest populaire soorten luidsprekerboxen op dit moment zijn gesloten boxen en basreflexen. Het eerste type ontwerp wordt als het eenvoudigst beschouwd. Structureel gezien is een gesloten doos een doos met 6 wanden. De voordelen van een dergelijk ontwerp zijn allereerst compactheid, montagegemak, goede impulsieve eigenschappen, snelle en heldere bas. Het nadeel van gesloten dozen wordt beschouwd als een laag efficiëntieniveau. Dit ontwerp is niet geschikt voor het creëren van een hoge geluidsdruk. Gesloten dozen worden meestal gebruikt om naar jazz, rock, clubmuziek te luisteren.
Fase-omvormers zijn een vrij complex type ontwerp. Ze zijn meestal gemaakt van plastic. Tegelijkertijd hebben faseomvormers een hoog rendement en laten ze de speaker ook snel afkoelen. Dit ontwerp kan indien nodig ook eenvoudig opnieuw worden geconfigureerd.
Soms een openakoestische vormgeving. In dit geval is de achterwand van het geluiduitstralende oppervlak van de diffusor niet gescheiden van de voorkant. Meestal is een open doos een doos zonder achterwand (of met veel gaten).
Hoornontwerp voor hoofden wordt meestal gebruikt in combinatie met andere typen. In sommige gevallen kunnen dergelijke ontwerpen echter 100% origineel zijn. Dergelijke systemen worden bijvoorbeeld gebruikt voor low-Q-luidsprekers. Akoestisch ontwerp van dit type heeft veel voordelen. Het belangrijkste voordeel is het hoge volume. Tegelijkertijd omvatten de nadelen van dit ontwerp de onmogelijkheid om een uniforme frequentierespons, een laag geluidsvolume, enz. te verkrijgen.
Luidsprekerkwaliteit en ontwerp
Er wordt aangenomen dat koppen met Fs / Qts>50 moeten worden gebruikt in gesloten gevallen, Fs / Qts>85 - met fase-omvormers, Fs / Qts>105 - met bandpass-resonatoren, Fs / Qts>30 - met schermen en open dozen.
Je kunt een akoestisch ontwerp voor luidsprekers kiezen, zoals al vermeld, en gewoon op basis van hun kwaliteitsfactor. Kopjes met Qts> 1, 2 worden bijvoorbeeld het meest gebruikt voor open dozen. De optimale kwaliteitsfactor voor hen is 2, 4. Luidsprekers met Qts<0, 8-1, 0 zijn ontworpen voor gesloten kasten. In dit geval is de optimale indicator, zoals we eerder ontdekten, 0,5-0,6.
De kwaliteitsfactor van de luidsprekers voor een fase-omvormer moet zijn: Qts<0, 6. Het optimum is in dit geval 0,4 Apparaten met Qts<0.4 zijn geschikt voormondstukken.
De kwaliteitsfactor wijzigen, verlagen of verhogen
Om ervoor te zorgen dat geluidstransmissieapparatuur beter werkt, moet deze parameter soms worden verhoogd of verlaagd. Heel vaak zijn meesters bijvoorbeeld geïnteresseerd in hoe ze de kwaliteitsfactor van een spreker kunnen verminderen. Deze taak kan eigenlijk heel moeilijk zijn. Om de kwaliteitsfactor van de luidspreker te verminderen, is het meestal nodig om de motor ervan radicaal te veranderen. En dit is natuurlijk een nogal gecompliceerde procedure en in de meeste gevallen niet erg gerechtvaardigd.
Sommige experts merken op dat je de kwaliteitsfactor van de luidsprekers kunt verminderen door een magneet te lijmen. In dit geval zal de indicator echter met niet meer dan 5-10% veranderen. Bovendien is deze methode alleen geschikt als de magneet van de luidspreker zelf erg zwak is.
Ook het antwoord op de vraag hoe de kwaliteitsfactor van de luidspreker te verlagen, er kunnen andere technologieën zijn. Dit kan bijvoorbeeld worden gedaan door:
- resonatoren gebruiken;
- diffuser impregnatie;
- sectoren snijden, bijvoorbeeld volgens de Ephrussi-methode.
Het antwoord op de vraag hoe de kwaliteitsfactor van de spreker te verhogen is vrij eenvoudig. Om dit te doen, zoals we hierboven al hebben ontdekt, hoeft u meestal alleen de massa van de beweging van het apparaat te vergroten.
