Razložena ohišja nizkotonskih zvočnikov z akustičnim vzmetenjem
Ohišje, škatla ali omarica:kakor koli jih že želite poimenovati, mesto namestitve zvočnika ali globokotonca je ključnega pomena za njihovo posledično uspešnost. V tem članku se osredotočamo na najpreprostejše in najbolj prizanesljivo ohišje za načrtovanje in izdelavo – akustično vzmetenje ali zaprto ohišje.
Zakoni fizike
Pri vsakem zvočniku je treba upoštevati nekaj značilnosti. Prva je ta, da se z zmanjševanjem frekvence poveča hod stožca. Pravzaprav se mora zvočnik za vsako prepolovitev frekvence premakniti štirikrat toliko, da proizvede enako akustično moč. Na primer, če bi se vaš nizkotonec premaknil za 1 mm pri 80 Hz, bi se moral premakniti za 4 mm, da bi proizvedel enak izhod pri 40 Hz. Da bi ustvaril enak izhod pri 20 Hz, bi se moral premakniti za 16 mm.
Zvočnik vključuje element, imenovan pajek. Pajek shranjuje energijo, ko glasovna tuljava zvočnika premakne stožec naprej ali nazaj iz položaja mirovanja. Ko stožec doseže konec svojega potovanja in se ustavi, se želi shranjena potencialna energija v pajku sprostiti. Ta shranjena energija vleče stožec v nasprotno smer. Vsak prenos energije vključuje nekaj izgub in na koncu se stožec ustavi.
Predstavljajte si gibanje stožca kot gugalnico v parku. Na gugalnico pritisnete s silo, da se zažene, in se še naprej niha naprej in nazaj s padajočo amplitudo, dokler se ne ustavi. Na srečo se zvočnik neha premikati veliko hitreje kot gugalnica v parku.
Pri zvočniku je ta prenos energije od stožca do pajka in nazaj najbolj učinkovit pri določeni frekvenci. To imenujemo resonančna frekvenca zvočnika. Pri resonančni frekvenci pride do dramatičnega povečanja impedance, ker pajek shrani veliko energije. To shranjevanje energije povzroči, da se stožec želi še naprej premikati. Gibanje zvočne tuljave skozi magnetno polje ustvarja napetost. Ta napetost ustvari tok v nasprotni smeri od toka, ki teče iz ojačevalnika. To nasprotovanje toku toka predstavljamo kot povečanje impedance.
Upoštevati moramo tudi, da je vsak zvočnik omejen glede tega, kako daleč se lahko stožec premakne. Ko presežemo govorčeve omejitve izleta, se zgodijo slabe stvari. Oblikovalnik glasovne tuljave lahko udari ob zadnjo ploščo. Komponente vzmetenja so lahko ogrožene in začnejo odpovedovati. Kot stranski produkt stožca, protiprašne kapice, obrobe, pajka in geometrije motorja se s povečanjem odklona povečuje tudi harmonično popačenje.
Naš cilj pri načrtovanju katerega koli avdio sistema bi moral biti čim manjše popačenje. Večina popačenja pri nizkih frekvencah je resonanca. Te resonance se zmanjšujejo, ko se premikamo nad resonančno frekvenco zvočnika. K popačenju največ prispevata pajek in spreminjajoča se motorna sila, ko se tuljava premika mimo roba reže.
Zakaj potrebujemo ohišje?
Oglejmo si nekaj dodatnih značilnosti. Nizkofrekvenčni roll-off zvočnika je visokofrekvenčni filter. Pajek v zvočniku je kot kondenzator - vzmet shranjuje energijo, prav tako kondenzator. Zrak v škatli je tudi vzmet in je vzporeden s pajkom. Zračna vzmet in pajek delujeta hkrati, da naredita isto stvar. Kombinacija zračne vzmeti in pajka poveča frekvenco visokofrekvenčnega filtra. Da:v nasprotju z našimi prizadevanji, da proizvedemo čim več nizkofrekvenčnih informacij, ohišje omejuje nizkofrekvenčno reprodukcijo.
Če je temu tako, zakaj želimo omejiti gibanje stožca? Razmislite, kaj smo povedali o tem, koliko odmika je potrebno za reprodukcijo nizkih frekvenc in o popačenju. Omejitev nizkofrekvenčnega izhoda našega zvočnika ni idealen cilj, vendar se splača omejiti nekatere res nizke frekvence, da dobimo pravo količino nizkih tonov pri višjih frekvencah.
Povečanje resonančne frekvence zvočnika in sistema ohišja je koristno. Recimo, da imamo nizkotonec s Q 0,5 in naš cilj je imeti skupni Q sistema 0,707. Izberemo prostornino zraka v zaprtem prostoru, ki poveča Q, kar nato poveča izhodno moč sistema pri novi resonančni frekvenci. Da, žrtvujemo izhod pri nižjih frekvencah, vendar pridobimo izhod okoli nove resonančne frekvence sistema.
Hočem več basov!
Sodobne zasnove zvočnikov še naprej zmanjšujejo popačenje z računalniško simulacijo in modeliranjem obnašanja materiala. Usposobljeni in ustrezno opremljeni oblikovalci zvočnikov lahko simulirajo vedenje pajka, stožca in prostorskega zvoka, da analizirajo individualno resonančno in popačeno vedenje. Prav tako lahko modelirajo interakcijo med zvočno tuljavo in strukturo motorja, da napovejo spremembe jakosti in induktivnosti magnetnega polja, ki lahko dodatno vplivajo na to, kako bo zvočnik zvenel pri zmernih do visokih stopnjah nihanja.
Rezultat teh napredkov so zvočniki, ki povzročajo manj popačenj pri višjih stopnjah odklona. Ta izboljšava zmogljivosti omogoča načrtovalcem ohišij, da zgradijo sisteme zvočnikov, ki bodo predvajali nižje in glasneje.
Nekatera osnovna načela urejajo nizkofrekvenčno reprodukcijo zvoka. Območje stožca je kritično. Star članek, ki ga je objavila družba Audio Engineering Society z naslovom "Problem z nizkofrekvenčno reprodukcijo", avtorja Saula J. Whitea, je vključeval graf, ki je primerjal nihanje stožca v primerjavi s frekvenco in izhodom sistema za 12- in 15-palčni zvočnik. Na diagramu je prikazano, da se mora 15-palčni gonilnik premakniti le za polovico toliko kot 12-palčni gonilnik, da proizvede enako moč.
Za ustvarjanje zvoka moramo izpodriniti zrak. Premik se izračuna kot zmnožek površine membrane zvočnika in razdalje, ki jo membrana lahko prevozi. Z drugimi besedami, vrtina krat udarec. Za enako prostornino večja vrtina zahteva manjši hod.
Kaj je udarna linija? Če želite glasneje, kupite več zvočnikov ali nizkotoncev.
Vedenje gonilnika v ohišju
Povečanje sistema Q, ki ga povzroči dodajanje togosti zraka v ohišju, lahko povzroči popačenje, če se Q čezmerno poveča. To povečanje Q deluje v nasprotju z našo željo po sistemu z nizkim popačenjem. Če je ohišje premajhno, se Q preveč poveča, zato dobimo sistem, ki proizvede veliko izhoda v ozkem frekvenčnem območju. Ta premajhna ohišja se pogosto imenujejo »čudesa z eno noto«.
Kaj povzroča to vedenje? Kakovost ene note je posledica povečanega shranjevanja in prenosa energije v resonančnem sistemu. Bas gre in gre – kot naša gugalnica v parku.
Upravljanje moči
V ohišju z akustičnim vzmetenjem se z zmanjševanjem frekvence poveča nihanje stožca. To povečanje odmika se nadaljuje do frekvence, pri kateri sila pajka in škatle preseže silo motorja. Na tej točki je stopnja izleta omejena in ne bomo videli povečanja izleta. Rezultat:Zvočnik zaščitimo pred fizičnimi poškodbami zaradi odmika membrane, ki presega oblikovne značilnosti zvočnika.
Predvidevanje meja odklona stožca glede na frekvenco in moč je razmeroma preprosto za zaprto ohišje. Prostornina ohišja je obratno sorazmerna z močjo, ki jo zvočnik lahko prenese, če ga zaznavamo s stališča izleta. Majhno ohišje močno omejuje nihanje stožca pri zelo nizkih frekvencah, vendar sistem ne proizvaja veliko globokih nizkih tonov. Veliko ohišje omogoča, da se zvočnik premakne dlje in ustvari več nizkofrekvenčnega izhoda, vendar zvočnika ne moremo poganjati s tolikšno močjo, ker se bojimo, da bi ga poškodovali.
Ko povečamo prostornino ohišja nizkotonca, ima zrak v notranjosti manj »vzmeti« pri gibanju nizkotonca. Ta graf prikazuje povečanje odmika voznika, ko se poveča prostornina zraka v štirih različnih ohišjih.
Pregled akustičnega vzmetenja
Ohišje akustičnega vzmetenega zvočnika zmanjša izhod nizkih tonov s stopnjo -12 dB na oktavo pod resonančno frekvenco. Ko združite to zvijanje z ojačanjem kabine, ki je povezano z večino vozil, lahko dobite odlično in linearno nizkofrekvenčno razširitev globoko v infrazvočno območje. Ohišja z akustičnim vzmetenjem je enostavno izračunati in sestaviti. Zelo so prizanesljivi do manjših napak pri izračunu prostornine.
Nazadnje velja spomniti, da ohišja z akustičnim vzmetenjem niso najbolj razpoložljiva zasnova ohišij z najmanjšim popačenjem.
Ko pride čas za oblikovanje ohišja nizkotonskega zvočnika za vaš avto ali tovornjak, obiščite lokalnega prodajalca mobilne elektronike in se pogovorite o svojih zahtevah. Pomagajo vam lahko pri izbiri nizkotonskega zvočnika in zasnove ohišja, ki vam bo dala trdne temelje za izgradnjo vašega avdio sistema.