Объяснение корпуса сабвуфера с акустической подвеской
Корпус, коробка или шкаф:как бы вы их ни называли, место установки динамика или сабвуфера критически важно для их результирующая производительность. В этой статье мы сосредоточимся на самом простом и неприхотливом в проектировании и изготовлении корпусе — на акустической подвеске или герметичном корпусе.
Законы физики
Есть несколько характеристик, которые следует помнить о каждом динамике. Во-первых, с уменьшением частоты увеличивается экскурсия конуса. На самом деле, чтобы произвести такой же акустический выход, динамик должен перемещаться в четыре раза дальше при каждом уменьшении вдвое частоты. Например, если ваш сабвуфер двигался на 1 мм при частоте 80 Гц, ему пришлось бы переместиться на 4 мм, чтобы получить такой же выходной сигнал при частоте 40 Гц. Чтобы получить такой же результат при частоте 20 Гц, ему пришлось бы сместиться на 16 мм.
Динамик содержит элемент, называемый пауком. Паук накапливает энергию, когда звуковая катушка динамика перемещает конус вперед или назад из исходного положения. Когда конус достигает конца своего пути и останавливается, потенциальная энергия, запасенная в пауке, хочет высвободиться. Эта накопленная энергия тянет конус в противоположном направлении. Каждая передача энергии включает в себя некоторые потери, и в конце концов конус останавливается.
Думайте о движении конуса как о качелях в парке. Вы прикладываете силу к качелю, чтобы она завелась, и она продолжает раскачиваться вперед и назад с уменьшающейся амплитудой, пока не остановится. К счастью, динамик перестает двигаться намного быстрее, чем качели в парке.
В динамике эта передача энергии от конуса к крестовине и обратно наиболее эффективна на определенной частоте. Мы называем это резонансной частотой динамика. На резонансной частоте импеданс резко возрастает, потому что паук накапливает много энергии. Это накопление энергии заставляет конус продолжать движение. Движение звуковой катушки в магнитном поле генерирует напряжение. Это напряжение генерирует ток в направлении, противоположном току, протекающему от усилителя. Мы представляем это сопротивление потоку тока как увеличение импеданса.
Мы также должны учитывать, что каждый динамик ограничен в том, насколько далеко может двигаться диффузор. Как только мы выходим за пределы экскурсионных ограничений говорящего, случаются плохие вещи. Формирователь звуковой катушки может удариться о заднюю пластину. Компоненты подвески могут выйти из строя и начать выходить из строя. Как побочный продукт геометрии конуса, пылезащитного колпачка, окружности, крестовины и двигателя гармонические искажения также увеличиваются по мере увеличения отклонения.
Нашей целью при проектировании любой аудиосистемы должно быть максимально низкое искажение. Большая часть искажений на низких частотах — это резонанс. Эти резонансы уменьшаются по мере продвижения выше резонансной частоты динамика. Крестовина и изменение силы двигателя, когда катушка перемещается за край зазора, вносят наибольший вклад в искажения.
Зачем нам нужен корпус?
Рассмотрим несколько дополнительных характеристик. Низкочастотный спад динамика представляет собой фильтр верхних частот. Паук в динамике похож на конденсатор — пружина накапливает энергию, как и конденсатор. Воздух внутри коробки тоже пружина, и она находится параллельно крестовине. Пневматическая пружина и крестовина работают вместе, чтобы сделать одно и то же. Комбинация пневматической пружины и крестовины увеличивает частоту фильтра высоких частот. Да. Вопреки нашим усилиям по воспроизведению как можно большего количества низкочастотной информации корпус ограничивает воспроизведение низких частот.
Если это так, то почему мы хотим ограничить движение конуса? Подумайте о том, что мы сказали о том, сколько отклонений требуется для воспроизведения низких частот и об искажениях. Ограничение низкочастотного выхода нашего динамика — не идеальная цель, но ограничение некоторых действительно низких частот, чтобы получить нужное количество басов на более высоких частотах, имеет смысл.
Повышение резонансной частоты системы громкоговорителя и корпуса дает преимущество. Допустим, у нас есть сабвуфер с добротностью 0,5, и наша цель — получить общую добротность системы 0,707. Мы выбираем объем воздуха в помещении, который увеличивает добротность, что затем увеличивает выходную мощность системы на новой резонансной частоте. Да, мы жертвуем выходом на более низких частотах, но получаем выход на новой резонансной частоте системы.
Хочу больше баса!
Современные конструкции динамиков продолжают уменьшать искажения за счет компьютерного моделирования и моделирования поведения материалов. Квалифицированные и должным образом оснащенные разработчики динамиков могут моделировать поведение паука, конуса и окружающего звучания для анализа отдельных характеристик резонанса и искажений. Они также могут моделировать взаимодействие между звуковой катушкой и структурой двигателя, чтобы прогнозировать изменения напряженности и индуктивности магнитного поля, которые могут дополнительно повлиять на звучание динамика при средних и высоких уровнях отклонения.
Эти достижения привели к созданию динамиков, которые производят меньше искажений на более высоких уровнях отклонения. Это улучшение производительности позволяет разработчикам корпусов создавать акустические системы, которые будут играть все тише и громче.
Некоторые основные принципы управляют воспроизведением низкочастотного звука. Площадь конуса имеет решающее значение. Старая статья Сола Дж. Уайта под названием «Проблема с воспроизведением низких частот», опубликованная Обществом звукоинженеров, включала график, на котором сравнивался ход диффузора в зависимости от частоты и выходной мощности системы для 12- и 15-дюймовых громкоговорителей. На диаграмме видно, что 15-дюймовый диффузор должен перемещаться в два раза меньше, чем 12-дюймовый динамик, чтобы получить такой же результат.
Чтобы произвести звук, нам нужно вытеснить воздух. Смещение рассчитывается как произведение площади конуса динамика на расстояние, которое может пройти конус. Другими словами, скука раз инсульт. Для того же рабочего объема большее отверстие требует меньшего хода.
Что такое изюминка? Если вы хотите, чтобы звук был громче, купите больше динамиков или сабвуферов.
Поведение драйвера в корпусе
Увеличение добротности системы, вызванное добавлением жесткости воздуха в оболочке, может вызвать искажение, если добротность будет чрезмерно увеличена. Это увеличение Q работает против нашего стремления к системе с низким уровнем искажений. Слишком маленький корпус слишком сильно увеличивает добротность, и мы получаем систему, которая производит большую мощность в узком диапазоне частот. Эти низкорослые вольеры часто называют «чудесами на одну ноту».
Что вызывает такое поведение? Качество одной ноты является результатом увеличения накопления и передачи энергии в резонансной системе. Бас продолжает звучать и звучать — как наши качели в парке.
Управление мощностью
В корпусе с акустической подвеской ход конуса увеличивается по мере уменьшения частоты. Это увеличение смещения продолжается до частоты, при которой сила крестовины и коробки превышает силу двигателя. В этот момент уровень экскурсии ограничен, и увеличения экскурсии мы не увидим. Результат:Мы защищаем динамик от физических повреждений из-за выхода диффузора за пределы конструктивных характеристик динамика.
Прогнозирование пределов отклонения конуса относительно частоты и мощности относительно просто для герметичного корпуса. Объем корпуса обратно пропорционален мощности, которую может выдержать динамик при восприятии с точки зрения экскурсий. Небольшой корпус сильно ограничивает ход конуса на очень низких частотах, но система не воспроизводит много глубоких басов. Большой корпус позволяет динамику двигаться дальше и воспроизводить больше низких частот, но мы не можем управлять динамиком с такой большой мощностью, опасаясь его повреждения.
По мере увеличения объема корпуса сабвуфера воздух внутри оказывает меньше «пружинящего эффекта» на движение сабвуфера. На этом графике показано увеличение хода водителя по мере увеличения объема воздуха в четырех разных корпусах.
Обзор акустической подвески
Корпус громкоговорителя с акустической подвеской снижает мощность басов со скоростью -12 дБ на октаву ниже резонансной частоты. Когда вы комбинируете этот спад с усилением в кабине, характерным для большинства автомобилей, вы можете получить превосходное и линейное расширение низких частот в инфразвуковой области. Акустические подвесные корпуса просты в расчете и изготовлении. Они очень прощают мелкие ошибки в расчете объема.
Наконец, стоит помнить, что корпуса с акустической подвеской не являются самыми доступными конструкциями корпусов с наименьшими искажениями.
Когда придет время разработать корпус сабвуфера для вашего автомобиля или грузовика, посетите местного продавца мобильной электроники и обсудите ваши требования. Они помогут вам выбрать конструкцию сабвуфера и корпуса, которая послужит прочной основой для создания вашей аудиосистемы.