Qts общая добротность. Измерение параметров тиля-смолла в домашних условиях

Взято с сайта журнала "Автозвук"
Контекст
В предыдущей части нашего разговора выяснилось, чем хороши различные типы акустического оформления и чем плохи. Казалось бы, теперь "цели ясны, за работу, товарищи.." Не тут-то было. Во-первых, акустическое оформление, в которое не установлен собственно динамик - всего лишь с той или иной степенью тщательности собранная коробка. А зачастую и собрать-то ее нельзя, пока не будет определено, какой динамик окажется в нее установлен. Во-вторых, и в этом главная потеха в проектировании и изготовлении автомобильных сабвуферов - характеристики сабвуфера немногого стоят вне контекста характеристик, хотя бы самых основных, автомобиля, где он будет работать. Есть еще и в-третьих. Мобильная акустическая система, одинаково приспособленная для любой музыки - редко достигаемый идеал. Грамотного установщика можно узнать обычно по тому, что, "снимая показания" с клиента, заказывающего аудиоустановку, он просит принести образцы того, что клиент будет слушать на заказанной им системе после ее завершения.
Как видно, факторов, влияющих на решение - очень много и свести все к простым и однозначным рецептам нет никакой возможности, что и превращает создание мобильных аудиоустановок в занятие сильно родственное искусству. Но некоторые общие ориентиры наметить все же можно.
Цифирь
Робких, ленивых и гуманитарно образованных спешу предупредить - формул практически не будет. Покуда возможно, попытаемся обойтись даже без калькулятора - забытым методом устного счета.
Сабвуферы - единственное звено автомобильной акустики, где измерение гармонии алгеброй - дело небезнадежное. Прямее скажу - без расчета спроектировать сабвуфер просто немыслимо. В качестве же исходных данных для этого расчета выступают параметры динамика. Какие? Да уж не те, которыми вас гипнотизируют в магазине, будьте уверены! Для расчета, даже самого приблизительного, характеристик низкочастотного громкоговорителя требуется знать его электромеханические параметры, которых - тьма. Это и резонансная частота, и масса подвижной системы, и индукция в зазоре магнитной системы и еще по меньшей мере два десятка показателей, понятных и не очень. Расстроены? Неудивительно. Так же расстроены оказались лет около двадцати назад два австралийца - Ричард Смолл и Невил Тиль. Они предложили вместо гор цифири использовать универсальный и довольно компактный набор характеристик, увековечивший, вполне заслуженно, их имена. Теперь, когда вы увидите в описании динамика таблицу, озаглавленную Thiel/Small parameters (или просто T/S) - вы знаете, о чем речь. А если такой таблицы вы не найдете - переходите к следующему варианту - этот - безнадежен.
Минимальный набор характеристик, которые вам понадобится выяснить - это:
Собственная резонансная частота динамика Fs
Полная добротность Qts
Эквивалентный объем Vas.
В принципе, есть и другие характеристики, которые полезно было бы знать, но этого, в общем-то, хватит. (сюда не включен диаметр динамика, поскольку его и так видно, без документации.) Если хотя бы одного параметра из "чрезвычайной тройки" нехватает, дело - швах. Ну а теперь - что все это означает.
Собственная частота - это частота резонанса динамика без какого-либо акустического оформления. Она так и измеряется - динамик подвешивают в воздухе на возможно большем расстоянии от окружающих предметов, так что теперь его резонанс будет зависеть только от его собственных характеристик - массы подвижной системы и жесткости подвески. Бытует мнение, что чем ниже резонансная частота, тем лучше выйдет сабвуфер. Это верно только отчасти, для некоторых конструкций излишне низкая частота резонанса - помеха. Для ориентира: низкая - это 20 - 25 Гц. Ниже 20 Гц - редкость. Выше 40 Гц - считается высокой, для сабвуфера.
Полная добротность. Добротность в данном случае- не качество изделия, а соотношение упругих и вязких сил, существующих в подвижной системе динамика вблизи частоты резонанса. Подвижная система динамика во много сродни подвеске автомобиля, где есть пружина и амортизатор. Пружина создает упругие силы, то есть накапливает и отдает энергию в процессе колебаний, а амортизатор - источник вязкого сопротивления, он ничего не накапливает, а поглощает и рассеивает в виде тепла. То же самое происходит при колебаниях диффузора и всего, что к нему прикреплено. Высокое значение добротности означает, что преобладают упругие силы. Это - как автомобиль без амортизаторов. Достаточно наехать на камешек и колесо начнет прыгать, ничем не сдерживаемое. Прыгать на той самой резонансной частоте, которая присуща этой колебательной системе.
Применительно к громкоговорителю это означает выброс частотной характеристики на частоте резонанса, тем больий, чем выше полная добротность системы. Самая высокая добротность, измеряемая тысячами - у колокола, который в результате ни на какой частоте, кроме резонансной звучать не желает, благо еще, что этого от него никто и не требует.
Популярный метод диагностики подвески машины покачиванием - не что иное как измерение добротности подвески кустарным способом. Если теперь привести подвеску в порядок, то есть прицепить параллельно пружине амортизатор, накопленная при сжатии пружины энергия уже не вся вернется обратно, а частично будет загублена амортизатором. Это - снижение добротности системы. Теперь опять вернемся к динамику. Ничего, что мы туда-сюда ходим? Это, говорят, полезно…С пружиной у динамика все, вроде бы, ясно. Это - подвеска диффузора. А амортизатор? Амортизаторов - целых два, работающих параллельно. Полная добротность динамика складывается из двух: механической и электрической. Механическая добротность определяется главным образом выбором материала подвеса, причем в основном - центрирующей шайбы, а не внешнего гофра, как иногда полагают. Больших потерь здесь обычно не бывает и вклад механической добротности в полную не превышает 10 - 15%. Основной вклад принадлежит электрической добротности. Самый жесткий амортизатор, работающий в колебательной системе динамика - это ансамбль из звуковой катушки и магнита. Будучи по своей природе электромотором, он как и полагается мотору, может работать как генератор и именно этим и занят вблизи частоты резонанса, когда скорость и амплитуда перемещения звуковой катушки - максимальны. Двигаясь в магнитном поле, катушка вырабатывает ток, а нагрузкой для такого генератора служит выходное сопротивление усилителя, то есть практически - ноль. Получается такой же электрический тормоз, каким снабжены все электрички. Там тоже при торможении тяговые двигатели заставляют работать в режиме генераторов, а нагрузка их - батареи тормозных сопротивлений на крыше.
Величина вырабатываемого тока будет, естественно, тем больше, чем сильнее магнитное поле, в котором движется звуковая катушка. Получается, что чем мощнее магнит динамика, тем ниже, при прочих равных, его добротность. Но, конечно, поскольку в формировании этой величины участвуют и длина провода обмотки, и ширина зазора в магнитной системе, окончательный вывод только на основании размера магнита было бы делать преждевременно. А предварительный - почему нет?…
Базовые понятия - низкой считается полная добротность динамика меньше 0,3 - 0,35; высокой - больше 0,5 - 0,6.
Эквивалентный объем. Большинство современных головок громкоговорителей основано на принципе "акустического подвеса".
У нас их иногда называют "компрессионными", что неправильно. Компрессионные головки - это совсем другая история, связанная с применением в роли акустического оформления рупоров.
Концепция акустического подвеса заключается в установке динамика в такой объем воздуха, упругость которого сопоставима с упругостью подвеса динамика. При этом получается, что в параллель к уже имеющейся в подвеске пружине поставили еще одну. Эквивалентным объемом будет при этом такой, при котором веновь появившаяся пружина равна по упругости уже имевшейся. Величина эквивалентного объема определяется жесткостью подвеса и диаметром динамика. Чем мягче подвес, тем больше будет величина воздушной подушки, присутствие которой начнет беспокоить динамик. То же происходит с изменением диаметра диффузора. Большой диффузор при одном и том же смещении будет сильнее сжимать воздух внутри ящика, тем самым испытывая большую ответную силу упругости воздушного объема.
Именно это обстоятельство зачастую определяет выбор размера динамика, исходя из имеющегося объема для размещения его акустического оформления. Большие диффузоры создают предпосылки для высокой отдачи сабвуфера, но требуют и больших объемов. Аргумент из репертуара комнаты в конце школьного коридора "а у меня больше" здесь надо применять осмотрительно.
У эквивалентного объема интересные родственные связи с резонансной частотой, без осознания которых легко промахнуться. Резонансная частота определяется жесткостью подвеса и массой подвижной системы, а эквивалентный объем - диаметром диффузора и той же жесткостью.
В результате возможна такая ситуация. Предположим, имеется два динамика одинакового размера и с одинаковой частотой резонанса. Но только у одного из них это значение частоты получилось вследствие тяжелого диффузора и жесткой подвески, а у другого - наоборот, легкого диффузора на мягком подвесе. Эквивалентный объем у такой парочки при всей внешней схожести может различаться очень существенно, и при установке в один и тот же ящик результаты будут драматически различны.
Итак, установив, что означают жизненно важные параметры, начнем наконец выбирать суженого. Модель будет такая - считаем, что вы определились, на основе, скажем, материалов предыдущей статьи этой серии, с типом акустического оформления и теперь надо выбрать для него динамик из сотен альтернатив. Освоив этот процесс, обратный, то есть выбор подходящего оформления под выбранный динамик, дастся вам без труда. В смысле - почти без труда.
Закрытый ящик
Как было сказано в приведенной статье, закрытый ящик - простейшее акустичнское оформление, но далеко не примитивное, напротив, имеющее, в особенности в автомобиле, ряд важнейших преимуществ перед другими. Популярность его в мобильных приложениях нисколько не угасает, потому с него и начнем.
Что происходит с характеристиками динамика при установке в закрытый ящик? Это зависит от одной-единственной величины - объема ящика. Если объем настолько велик, что динамик его практически не замечает, мы приходим к варианту бесконечного экрана. На практике такая ситуация достигается, когда объем ящика (или другого замкнутого объема, находящегося позади диффузора, а проще говоря, что там скрывать - багажника автомобиля) превышает эквивалентный объем динамика втрое или больше. Если такое соотношение выполняется, резонансная частота и полная добротность системы останутся практически такими же, какими они были у динамика. А значит - их и выбирать надо соответственно. Известно, что акустическая система будет обладать наиболее гладкой частотной характеристикой при величине полной добротности, равной 0,7. При меньших значениях улучшаются импульсные характеристики, но спад частотки начинается довольно высоко по частоте. При больших - частотная характеристика приобретает подъем вблизи резонанса, а переходные характеристики несколько ухудшаются. Если вы ориентируетесь на классическую музыку, джаз или акустические жанры - оптимальным выбором будет несколько передемпфированная система с добротностью 0,5 - 0,7. Для более энергичных жанров не повредит подчеркивание низов, которое достигается при добротности 0,8 - 0,9. И наконец, любители рэпа оттянутся по полной программе, если из система будет обладать добротностью, равной единице или даже выше. Значение 1,2 надо, пожалуй, признать предельным для любого жанра, претендующего на музыкальность.
Надо еще иметь в виду, что при установке сабвуфера в салоне машины происходит подъем низких частот, начиная с определенной частоты, обусловленной размерами салона. Типичные значения для начала подъема АЧХ 40 Гц для большой машины, вроде джипа или мини-вэна; 50 - 60 для средней, вроде восьмерки или "корейки"; 70 - 75 для маленькой, с Таврию.
Теперь ясно - для установки в режиме бесконечного экрана (или Freeair, если вас не смущает, что последнее название запатентовано Stillwater Designs) нужен динамик с полной добротностью не ниже 0,5, а то и выше и резонансной частотой никак не ниже герц эдак 40 - 60, в зависимости от того, во что будете ставить. Такие параметры обычно означают довольно жесткий подвес, только это и спасает динамик от перегрузки в условиях отсутствия "акустической поддержки" со стороны закрытого объема. Вот пример - фирма Infinity выпускает в сериях Reference и Kappa варианты одних и тех же головок с индексами br (bass reflex) и ib (infinite baffle).Параметры Тиля-Смолла, например, у десятидюймовой Reference различаются так:
Параметр T/S 1000w.br 1000w.ib
Fs 26 Гц 40 Гц
Vas 83 л 50 л
Видно, что вариант ib по резонансной частоте и добротности - готовенький для работы "как есть", а судя и по частоте резонанса и по эквивалентному объему - эта модификация намного жестче другой, оптимизированной для работы в фазоинверторе, а, значит, более вероятно выживет в нелегких условиях Freeair.
А что случится, если, не обратив внимания на маленькие буковки, вы загоните в эти условия похожий, как две капли воды динамик с индексом br? А вот что: из-за низкой добротности частотная характеристика начнет заваливаться уже на частотах около 70 - 80 Гц, а ничем не сдерживаемая "мягкая" головка будет себя чувствовать очень неуютно на нижнем краю диапазона, причем перегрузить ее там - проще простого.
Итак, договорились:
Для применения в режиме "бесконечного экрана" надо выбирать динамик с высокой полной добротностью (не меньше 0,5) и резонансной частотой (не ниже 45 Гц), уточнив эти требования в зависимости от типа преимущественного музыкального материала и размера салона.
Теперь о "небесконечном" объеме. Если поставить динамик в объем, сопоставимый с его эквивалентным объемом, система приобретет характеристики, существенно отличающиеся от тех, с которыми в эту систему явился динамик. Прежде всего при установке в закрытый объем возрастет резонансная частота. Жесткость-то увеличилась, а масса - осталась прежней. Возрастет и добротность. Судите сами - приставив в помощь жесткости подвеса жесткость небольшого, то есть неподатливого воздушного объема, мы тем самым как бы поставили вторую пружину, а амортизатор оставили старый.
С уменьшением объема добротность системы и ее резонансная частота растут одинаково. Значит, если мы увидели динамик с добротностью, скажем, 0,25, а хотим иметь систему с добротностью, скажем, 0,75, то резонансная частота тоже увеличится втрое. А какая она там у динамика? 35 Гц? Так значит, в правильном, с точки зрения формы частотной характеристики, объеме она окажется 105 Гц, а это, знаете ли, уже не сабвуфер. Значит - на подходит. Вот видите, и калькулятор не понадобился. Смотрим другой. Резонансная частота 25 Гц, добротность 0,4. Получается система с добротностью 0,75 и частотой резонанса где-то около 47 Гц. Вполне достойно. Попробуем тут же, не отходя от прилавка, прикинуть, какого объема понадобится ящик. Написано, что Vas = 160 л (или же 6 cu.ft, что более вероятно).
(Тут бы формулу написать - она простенькая, но нельзя - обещал). Поэтому для расчетов у прилавка дам шпаргалку: скопируйте и положите в бумажник, если покупка басового динамика входит в планы вашего шопинга:
Резонансная частота и добротность возрастут в Если объем ящика составляет от Vas
1,4 раза 1
1,7 раза 1/2
2 раза 1/3
3 раза 1/8
У нас - примерно вдвое, так что получается ящичек объемом литров 50 - 60. Многовато будет….Давайте следующий. И так далее.
Получается, что для того, чтобы вышло мыслимое акустическое оформление, параметры динамика мало того, что должны находиться в каком-то определенном коридоре значений, но еще и быть увязаны между собой.
Эту увязку опытные люди свели в показатель Fs/Qts.
Если величина Fs/Qts составляет 50 или меньше, динамик рожден для закрытого ящика. Необходимый объем ящика при этом будет тем меньше, чем ниже Fs или чем меньше Vas.
По внешним данным "прирожденных затворников" можно узнать по тяжелым диффузорами и мягким подвесам (что дает низкую резонансную частоту), не очень большим магнитам (чтобы добротность была не слишком низкой), длинным звуковым катушкам (поскольку ход диффузора у динамика, работающего в закрытом ящике, может достигать довольно больших значений).
Фазоинвертор
Другой тип популярного акустического оформления - фазоинвертор, при всем горячем желании у прилавка посчитать нельзя, даже приблизительно. Но прикинуть пригодность для него динамика - можно. А про расчет мы вообще будем говорить отдельно.
Резонансная частота системы этого типа определяется уже не одной только резонансной частотой динамика, но и настройкой фазоинвертора. Это же относится и к добротности системы, которая может существенно меняться с изменением длины тоннеля даже при неизменном объеме корпуса. Поскольку фазоинвертор может быть, в отличие от закрытого ящика, настроен на частоту, близкую или даже ниже, чем у динамика, собственной резонансной частоте головки "позволено" быть выше, чем в предыдущем случае. Это означает, при удачном выборе, более легкий диффузор и, как следствие, улучшение импульсных характеристик, в чем фазоинвертор нуждается, поскольку его "врожденные" переходные характеристики не из лучших, хуже, чем у закрытого ящика, по крайней мере. Зато добротность желательно иметь возможно ниже, не больше 0,35. Сводя это в тот же показатель Fs/Qts, формула выбора динамика для фазоинвертора выглядит просто:
Для работы в фазоинверторе подходят динамики, у которых показатель Fs/Qts составляет 90 и больше.
Внешние признаки фазоинверсной породы: легкие диффузоры и мощные магниты.
Бандпассы (совсем коротко)
Полосовые громкоговорители, при всех своих громких достоинствах (это в смысле наибольшей эффективности, в сравнении с другими типами) - наиболее сложны в расчете и изготовлении, а согласование их характеристик с внутренней акустикой автомобиля при недостаточном опыте может превратиться в кромешный ад, поэтому с этим видом акустического оформления лучше идти по камушкам и воспользоваться рекомендациями изготовителей динамиков, хоть это и связывает руки. Однако, если руки все же находятся в развязанном состоянии и чешутся попробовать: для одиночных бандпассов подходят практически те же динамики, что и для фазоинверторов, а для двойных или квазиполосовых - они же или, что более желательно, головки с показателем Fs/Qts равным 100 и выше.
Полезные темы:

19.01.2006 15:47 # 0+

Если Вы впервые на нашем Форуме:

Обратите внимание на список полезных тем в первом сообщении.

Термины и наиболее популярные модели в сообщениях подсвечиваются быстрыми подсказками и ссылками на соответствующие статьи в МагВикипедии и Каталоге.

Для изучения Форума не обязательно регистрироваться - практически весь профильный контент, включая файлы, картинки и видео, открыты для гостей.

С наилучшими пожеланиями,
Администрация Форума автозвука Магнитола

Параметры Thiele & Small
Это группа параметров, введенных A.N. Thiele и позднее R.H. Small, при помощи которых можно полностью описать электрические и механические характеристики средне - и низкочастотных головок громкоговорителей, работающих вкомпрессионной области, т.е. тогда, когда в диффузоре не возникают продольные колебания и его можно уподобить поршню.
Fs (Гц) - частота собственного резонанса головки громкоговорителя в открытом пространстве. В этой точке ее импеданс максимален.
Fc (Гц) - частота резонанса акустической системы для закрытого корпуса.
Fb (Гц) - частота резонанса фазоинвертора.
F3 (Гц) - частота среза, на которой отдача головки снижается на 3 dB.
Vas (куб.м) - эквивалентный объем. Это возбуждаемый головкой закрытый объем воздуха, имеющий гибкость, равную гибкости Cms подвижной системы головки.
D (м) - эффективный диаметр диффузора.
Sd (кв.м) - эффективная площадь диффузора (примерно 50-60% конструктивной площади).
Xmax (м) - максимальное смещение диффузора.
Vd (куб.м) - возбуждаемый объем (произведение Sd на Xmax).
Re (Ом) - сопротивление обмотки головки постоянному току.
Rg (Ом) - выходное сопротивление усилителя с учетом влияния соединительных проводов и фильтров.
Qms (безразмерная величина) - механическая добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает механические потери.
Qes (безразмерная величина) - электрическая добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает электрические потери.
Qts (безразмерная величина) - полная добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает все потери.
Qmc (безразмерная величина) - механическая добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает механические потери.
Qec (безразмерная величина) - электрическая добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает электрические потери.
Qtc (безразмерная величина) - полная добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает все потери.
Ql (безразмерная величина) - добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая потери перетекания.
Qa (безразмерная величина) - добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая потери поглощения.
Qp (безразмерная величина) - добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая прочие потери.
N0 (безразмерная величина, иногда %) - относительная эффективность (К.П.Д.) системы.
Cms (м/Н) - гибкость подвижной системы головки громкоговорителя(смещение под воздействием механической нагрузки).
Mms (кГ) - эффективная масса подвижной системы (включает массу диффузора и колеблющегося вместе с ним воздуха).
Rms (кГ/с) - активное механическое сопротивление головки.
B (Тл) - индукция в зазоре.
L (м) - длина проводника звуковой катушки.
Bl (м/Н) - коэффициент магнитной индукции.
Pa - акустическая мощность.
Pe - электрическая мощность.
C=342 м/с - скорость звука в воздухе в нормальных условиях.
P=1.18 кГ/м^3 - плотность воздуха в нормальных условиях.
Le - индуктивность катушки.
BL – значение плотности магнитного потока, умноженный на длину катушке.
Spl – уровень звукового давления в дБ.

Re: Параметры Тиля-Смолла и акустическое оформление динамика.

Классная программа BassBox 6.0 PRO для расчёта акустического оформления динамика 12мб, серийник внутри в файле *.txt:
Программа имеет огромную базу данных по параметрам динов большого количества производителей, умеет считать объём с учётом толщины стенок. Вообщем очень удобная.

Параметры Смолла-Тиле

Параметры Смолла-Тиле
Вплоть до 1970 года не существовало удобных и доступных, принятых в качестве стандартных для всей индустрии методов получения сравнительных данных о работе громкоговорителей. Отдельные тесты, проводимые лабораториями, были слишком дороги и трудоемки. При этом методы получения сравнительных данных о громкоговорителях были нужны как покупателям для выбора нужной модели, так и производителям аппаратуры для более точного описания своей продукции и аргументированного сравнения различных устройств.
Конструкция громкоговорителяВ начале семидесятых на конференции AES был представлен доклад, авторами которого были Невилл Тиле (Neville Thiele) и Ричард Смолл (Richard Small). Тиле был главным инженером по разработкам и развитию в Австралийской вещательной комиссии (Australian Broadcasting Commission). В то время он заведовал Федеральной инженерной лабораторией (Federal Engineering Laboratory) и занимался анализом работы аппаратуры и систем для передачи аудио- и видеосигналов. Смолл учился в аспирантуре Школы инженеров университета Сиднея.
Целью Тиле и Смолла было показать, как выведенные ими параметры помогают подобрать кабинет к конкретному громкоговорителю. Однако в результате получилось, что эти измерения дают значительно больше информации: по ним можно сделать гораздо более глубокие выводы о том, как работает громкоговоритель, чем на основе привычных данных о размере, максимальной выходной мощности или чувствительности.
Перечень параметров, получивших название «Параметры Смолла-Тиле»: Fs, Re, Le, Qms, Qes, Qts, Vas, Cms, Vd, BL, Mms, Rms, EBP, Xmax/Xmech, Sd, Zmax, рабочий диапазон воспроизводимых частот (Usable Freq. Range), номинальная мощность (Power Handling), чувствительность (Sensitivity).
Fs
Re
Этот параметр описывает сопротивление громкоговорителя по постоянному току, измеренное с помощью омметра. Его часто называют DCR. Значение этого сопротивления почти всегда меньше номинального сопротивления громкоговорителя, что беспокоит многих покупателей, так как они боятся, что усилитель будет перегружен. Однако, благодаря тому что индуктивность громкоговорителя растет с увеличением частоты, маловероятно, что постоянное сопротивление будет влиять на нагрузку.
Le
Этот параметр соответствует индуктивности звуковой катушки, измеренной в мГн (миллигенри). По установленному стандарту измерение индуктивности производится на частоте 1 кГц. При повышении частоты будет происходить рост полного сопротивления выше значения Re, так как звуковая катушка работает как индуктор. В результате этого полное сопротивление (Impedance) громкоговорителя не является постоянной величиной. Оно может быть представлено в виде кривой, которая меняется с изменением частоты входного сигнала. Максимальное значение полного сопротивления (Zmax) имеет место на резонансной частоте (Fs).
Q-параметры
Vas/Cms
Параметр Vas говорит о том, каким должен быть объем воздуха, который при сжатии до объема в один кубический метр оказывает такое же сопротивление, что и система подвеса (эквивалентный объем). Коэффициент гибкости системы подвеса для данного громкоговорителя обозначается как Cms. Vas является одним из наиболее сложных для измерения параметров, так как давление воздуха изменяется в соответствии с влажностью и температурой и, таким образом, требует для измерения очень высокотехнологичную лабораторию. Cms измеряется в метрах на ньютон (м/Н) и представляет собой силу, с которой механическая система подвеса сопротивляется движению диффузора. Другими словами, Cms соответствует измерению жесткости механического подвеса громкоговорителя. Соотношение Cms и Q-параметров можно сравнить с выбором между повышенным комфортом и улучшенными ходовыми качествами, который делают производители автомобилей. Если рассматривать пики и минимумы аудиосигнала как неровности автомобильной дороги, то система подвеса громкоговорителя аналогична рессорам автомобиля - в идеале она должна выдерживать очень быструю езду по дороге, заваленной крупными валунами.
Vd
Этот параметр обозначает максимальный объем воздуха, который может быть вытолкнут диффузором (Peak Diaphragm Displacement Volume). Он вычисляется путем умножения Xmax (максимальной длины той части звуковой катушки, которая выходит за пределы магнитного зазора) на Sd (площадь рабочей поверхности диффузора). Vd измеряется в кубических сантиметрах. Субвуферы обычно характеризуются самыми высокими значениями Vd.
BL
Выражаемый в тесла на метр, этот параметр характеризует движущую силу громкоговорителя. Другими словами, BL дает понять, насколько большую массу может «поднять» громкоговоритель. Измеряется этот параметр следующим образом: на диффузор воздействует определенная сила, направленная внутрь громкоговорителя, и при этом измеряется сила тока, нужная для того, чтобы противодействовать приложенной силе - масса в граммах делится на силу тока в амперах. Высокое значение параметра BL говорит об очень большой силе громкоговорителя.
Mms
Этот параметр является объединением веса диффузора в сборе и массы воздушного потока, сдвигаемого диффузором громкоговорителя во время работы. Вес диффузора в сборе равен сумме веса самого диффузора, центрирующей шайбы и звуковой катушки. При вычислении массы воздушного потока, смещаемого диффузором, используется объем воздуха, соответствующий параметру Vd.
Rms
Этот параметр описывает потери на механическое сопротивление системы подвеса громкоговорителя. Он представляет собой измерение абсорбирующих качеств подвеса громкоговорителя и измеряется в Н і с/м.
EBP
Этот параметр равен Fs, деленному на Qes. Он используется во многих формулах, связанных с конструированием кабинетов для акустических систем, и в частности, чтобы определить, какой кабинет лучше выбрать для данного громкоговорителя - закрытый или фазионверторной конструкции. Когда значение EBP приближается к 100, это означает, что такой громкоговоритель лучше всего подойдет для работы в фазоинверторном корпусе. В случае, если EBP близок к 50, данный громкоговоритель лучше установить в закрытый корпус. Однако это правило является лишь отправной точкой при создании акустической системы и допускает исключения.
Xmax/Xmech
Параметр определяет максимальное линейное отклонение. Выходной сигнал громкоговорителя становится нелинейным, когда звуковая катушка начинает выходить из магнитного зазора. Хотя и система подвеса может создавать нелинейность в выходном сигнале, искажения начинают значительно увеличиваться в тот момент, когда число витков звуковой катушки в магнитном зазоре начинает уменьшаться. Для определения Xmax нужно вычислить длину части звуковой катушки, вышедшей за пределы верхнего среза магнита, и разделить ее пополам. Этот параметр используется для определения максимального звукового давления (SPL), которое может обеспечить громкоговоритель, сохраняя при этом линейность сигнала, то есть нормированное значение КНИ.
При определении Xmech проводятся измерения длины хода звуковой катушки до возникновения одной из следующих ситуаций: либо разрушается центрирующая шайба, либо звуковая катушка упирается в предохраняющую заднюю крышку, либо звуковая катушка выходит из магнитного зазора, либо начинают играть роль другие физические ограничения диффузора. Наименьшая из полученных длин хода катушки делится пополам и полученное значение принимается за максимальное механическое смещение диффузора.
Sd
Этот параметр соответствует площади рабочей поверхности диффузора. Измеряется в см2.
Zmax
Этот параметр соответствует полному сопротивлению громкоговорителя на резонансной частоте.
Рабочий диапазон воспроизводимых частот (Usable frequency range)
Производители используют разные способы для измерения рабочего диапазона частот. Многие методы считаются приемлемыми, однако они приводят к разным результатам. По мере повышения частоты внеосевое излучение громкоговорителя уменьшается пропорционально диаметру. В определенной точке оно становится остронаправленным. В таблице показана зависимость частоты, на которой имеет место этот эффект, от размера громкоговорителя.
File:///C:/Documents%20and%20Settings/artemk01klg/Desktop/1.jpg
Номинальная мощность (Power handling)
Это очень важный параметр при выборе громкоговорителя. Необходимо точно знать, что излучатель выдержит мощность подводимого к нему сигнала. Поэтому нужно подобрать такой громкоговоритель, который сможет с запасом выдержать подводимую к нему мощность. Определяющим критерием того, какую мощность будет иметь громкоговоритель, является его способность отводить тепло. Основными конструктивными особенностями, влияющими на эффективный отвод тепла, являются размер звуковой катушки, размер магнита, вентиляция конструкции, а также высокотехнологичные современные материалы, использованные в конструкции звуковой катушки. Большие размеры звуковой катушки и магнита обеспечивают более эффективное рассеивание тепла, а вентиляция обеспечивает охлаждение конструкции.
При вычислении мощности громкоговорителя помимо способности выдерживать нагрев важны также механические свойства громкоговорителя. Ведь устройство может выдерживать нагрев, возникающий при подведении мощности в 1 кВт, но еще до достижения этого значения оно выйдет из строя из-за конструктивных повреждений: звуковая катушка будет упираться в заднюю стенку или звуковая катушка выйдет из магнитного зазора, диффузор деформируется и т. д. Наиболее часто подобные поломки случаются при воспроизведении слишком мощного НЧ-сигнала на большой громкости. Чтобы избежать поломок, необходимо знать реальный диапазон воспроизводимых частот, параметр Xmech, а также номинальную мощность.
Чувствительность (Sensitivity)
Этот параметр является одним из важнейших во всей спецификации громкоговорителя. Он позволяет понять, насколько эффективно и с какой громкостью аппарат будет воспроизводить звук при подведении сигнала той или иной мощности. К сожалению, производители громкоговорителей используют разные методы для вычисления этого параметра - единого установленного не существует. При определении чувствительности измеряют уровень звукового давления на расстоянии одного метра при подведении к громкоговорителю мощности 1 Вт. Проблема состоит в том, что иногда расстояние в 1 м рассчитывается от пылезащитного колпачка, а иногда от подвеса громкоговорителя. Из-за этого определить чувствительность громкоговорителей бывает довольно сложно.
Взято с

В последнее время стало слышно очень много вопросов про динамики и сабвуферы. Подавляющее большинство ответов можно получить на первых трех страницах любой книги, написанной профессионалами. Материал адресован в первую очередь начинающим, ленивым;) и сельским самодельщикам, подготовлен на основе книг И.А.Алдощиной, В.К.Иоффе, отчасти Эфрусси, журнальных публикаций в Wireless Worrld , АМ и (немного) личного опыта. HЕ использовалась информация из Интернета и ФИДОнета. Материал никоим образом не претендует на полноту освещения проблемы, а представляет собой попытку объяснить на пальцах азы акустики.

Чаще всего вопрос звучит примерно так: "нашел динамик, что с ним делать?", или "Товарищч, а говорят такие сабвуферы бывают›". Здесь мы рассмотрим только один вариант решения этой проблемы: По имеющемуся динамику сделать ящик, с оптимальными параметрами на HЧ, насколько это возможно. Этот вариант сильно отличается от задачи заводского конструктора-натянуть нижнюю частоту системы до необходимой по ТУ величины

[Q] Hашел по случаю большой динамик без опознавательных знаков. Как узнать, можно ли сделать из него сабвуфер?

[A] Hужно измерить его T/S параметры. Hа основании этих данных принимать решение о виде HЧ оформления.

[Q] Что такое T/S параметры?

[A] Минимальный набор параметров для расчета HЧ оформления, предложенный Тиллем и Смоллом.

Fs -резонансная частота динамика без оформления
Qts- полная добротность динамика
Vas- эквивалентный объем динамика.

[Q] Как измерить T/S параметры?

[A] Для этого нужно собрать схему из генератора, вольтметра, резистора и исследуемого динамика. Динамик подключается к выходу генератора с выходным напряжением несколько вольт через резистор сопротивлением порядка 1 кОм.

1. Снимаем V(F)=АЧХ сопротивления динамика в области резонанса. Динамик должен во время этого измерения находиться в свободном пространстве(вдали от отражающих поверхностей) . Hаходим сопротивление динамика на постянном токе (пригодится), записываем частоту резонанса в воздухе Fs (это та частота, на которой показания вольтметра максимальны:) , показания вольтметра Uo на минимальной частоте (ну к примеру 10 Гц) и Um на частоте резонанса Fs.

2. Hаходим частоты F1 и F2, в которых кривая V(F) пересекается с уровнем V=SQRT(Vo*Vm) .

3. Hаходим Qts=SQRT(F1*F2)*SQRT(Uo/Um) / (F2-F1) это полная добротность динамика, можно сказать, важнейшая величина.

4. Для нахождения Vas нужно взять небольшой закрытый яшик объема Vc, с отверстием, немного меньшим диаметра диффузора. Плотно прислонить динамик к отверстию и повторить измерения. От этих измерений понадобится резонансная частота динамика в корпусе Fc. Hаходим Vas=Vc*((Fc/Fs)^2-1) .

Эта методика написана в Аудио Магазине 4 за 99 год. Я ее не проверял.. Есть и другие, когда измеряются механические параметры головки, масса, гибкость и т.п.

[Q] У меня теперь есть параметры динамика, что с ними делать?

[A] Каждый динамик при проектировании затачивается под определенный вид акустического оформления. Чтобы узнать, подо что именно, посмотрим на добротность.

Qts > 1,2 это головки для открытых ящиков, оптимально 2,4
Qts < 0.8-1.0 - головки для закрытых ящиков, оптимально 0,7
Qts<0.6 - для фазоинверторов, оптимум - 0,39
Qts<0.4 - для рупоров

Правильнее будет сортировать головки не по добротности, а по величине Fs/Qts. Приведу по памяти, неохота формулы просчитывать.

Fs/Qts >30 (?) экран и открытый корпус
Fs/Qts >50 закрытый корпус
Fs/Qts >85 фазоинверторы
Fs/Qts >105 Бандпассы (полосовые резонаторы)

Упругость, мясистость, сухость и др. подобные характеристики звука, издаваемого басовой колонкой, во многом определяются переходной характеристикой системы, образованной динамиком, нч оформлением и окружающей средой. Чтобы в этой системе не было выброса на импульсной характеристике, ее добротность должна быть меньше 0,7 для систем с излучением одной стороной динамика (закрытые и фазоинверторы) и 1,93 для двухсторонних систем (оформление типа экран и открытый ящик)

[A] Открытые ящики и экраны -простейший тип оформления. Достоинства: простота расчета, отсутствие повышения резонансной частоты (от размеров экрана зависит только вид частотной характеристики), почти неизменная добротность. Недостатки: большой размер передней панели. Достаточно грамотные и простые расчеты этого вида оформления можно найти в В.К. Иоффе, М.В.Лизунков. Бытовые акустические системы, М., Радио и связь. 1984. Да и в старых Радио наверняка есть примитивные радиолюбительские расчеты.

[A] Оформление "закрытый ящик" бывает двух типов, бесконечный экран и компрессионный подвес. Попадание в тот или иной разряд зависит от соотношения гибкостей подвеса динамика и воздуха в ящике, обозначается альфа (кстати говоря, первую можно померять, а вторую посчитать и изменить с помощью заполнения). Для бесконечного экрана соотношение гибкостей меньше 3, для компрессионного подвеса больше 3-4. Можно в первом приближении считать что головки с бОльшей добротностью заточены под бесконечный экран, с меньшей-под компрессионный подвес. Для наперед взятого динамика закрытый корпус типа бесконечный экран имеет бОльший объем, чем компрессионный ящик. (Вообще говоря, когда есть динамик, то оптимальный корпус под него имеет однозначно определенный объем. Ошибки, возникшие при измерении параметров и расчетах, можно в небольших пределах поправить с помощью заполнения). Динамики для закрытых корпусов имеют мощные магниты и мягкие подвесы в отличие от головок для открытых ящиков. Формула для резонансной частоты динамика в оформлении объемом V Fс=Fs*SQRT(1+Vas/V) ,а приближенная формула, связывающая резонансные частоты и добротности головки в корпусе (индекс "с") и в открытом пространстве (индекс "s") Fc/Qtc=Fs/Qts

Другими словами, имеется возможность реализовать требуемую добротность акустической системы единственным способом, а именно выбором объема закрытого ящика. Какую добротность выбрать? Люди, которые не слышали звучания натуральных музыкальных инструментов, обычно выбирают колонки с добротностью более1,0. У колонок с такой добротностью (=1.0) наименьшая неравномерность частотной характеристики в области низших частот(а при чем здесь звук?), достигнутая ценой небольшого выброса на переходной характеристике. Максимально гладкая АЧХ получается при Q=0.7, а полностью апериодичная импульсная характеристика при Q=0.5. Hомограммы для расчетов можно взять в вышеприведенной книге.

[Q] В статьях про колонки часто встречаются слова типа "апроксимация по Чебышеву, Баттерворту " и т.п. Какое это имеет отношение к колонкам?

[A] Акустическая система представляет собой фильтр верхних частот. Фильтр может быть описан передаточной характеристикой. Передаточную характеристику всегда можно подогнать под известную функцию. В теории фильтров используют несколько типов степенных функций, названных по имени математиков, первыми обсосавшими ту или иную функцию. Функция определяется порядком(максимальным показателем степени, т.е. H(s)=a*S^2/(b2*S^2+b1*S+b0) имеет второй порядок) и набором коэффициентов a и b (от этих коэффициентов можно потом перейти к значениям реальных элементов электрического фильтра, или электромеханическим параметрам.) Далее, когда речь будет идти об аппроксимации передаточной характеристики полиномом Баттерворта или Чебышева или еще чем-то другим, это надо понимать так, что сочетание свойств динамика и корпуса (или емкостей и индуктивностей в электрическом фильтре) получилось таким, что с наибольшей точностью частотную и фазовую характеристики можно подогнать под тот или иной полином. Наиболее гладкой частотная характеристика получается, если ее можно аппроксимировать полиномом Баттерворта. Чебышевская аппроксимация характеризуется волнообразой частотной характеристикой, и бОльшей протяженностью рабочего участка (по Госту до -14 дБ) в область низших частот.

[Q] Какой вид аппроксимации выбрать для фазоинвертора?

[A] Итак перед постройкой простого фазоинвертора нужно знать объем ящика и частоту настройки фазоинвертора(трубы, отверстия, пассивного радиатора). Если в качестве критерия выбрать наиболее гладкую АЧХ(а это не единственно возможный критерий), то получится следующая табличка А) Qts < 0,3 -наиболее гладкой будет кривая квазитретьего порядка Б) Qts = 0,4- лучше описывается баттервортовскими кривыми В) Qts> 0,5- придется допустить волны на АЧХ, по Чебышеву. В случае А) фазоинвертор настраивается на 40-80% выше частоты резонанса В случае Б)-на частоту резонанса, В случае В) ниже частоты резонанса. Кроме того в этих случаях будет и различный объем корпуса.. Для того, чтобы найти точные частоты настройки, надо взять исходные формулы, достаточно громоздкие для того, чтобы приводить их здесь. Поэтому отсылаю интересующихся в АудиоМагазин за 1999 год, после этого ликбеза там уже можно будет разобраться, или в книги Алдошиной. И даже статьи Эфрусси в Радио за 69 год сгодятся.

Заключение

Если после прочтения всего этого у Вас еще осталось желание что-то склепать самому, то можно взять в Интернете какую-нибудь программку типа и рассчитать все это самому, памятуя о том, что из Г.. конфетку не сделать. Hе следует увлекаться снижением частоты среза, ни в коем случае не нужно пытаться скомпенсировать спад АЧХ усилителем. АЧХ может чуть чуть и выровняется, а вот звук обогатится массой гармоник и субгармоник. Напротив, лучшие результаты, в смысле приятности для уха, можно достичь принудительно загубив на входе УМ самые низшие частоты, т.е. частоты ниже частоты среза HЧ колонки. Еще одно замечание, касающееся фазоинверторов, ошибка в настройке частоты резонанса фазоинвертора в 20% приводит к всплеску или спаду АЧХ на 3 дБ.

Да, чуть не забыл сказать про сабвуферы, которые на самом деле полосовые резонаторы. Добротность динамиков для них должна быть еще ниже. Простейший бандпасс тоже поддается расчету, но на этом моя любезность заканчивается.

Вот решил сам написать статью, весьма важную для акустиков. В этой статье хочу описать способы измерения самых важных параметров динамических головок - параметры Тиля-Смолла.

Помните! Приведенная ниже методика действенна только для измерения параметров Тиля-Смолла динамиков с резонансными частотами ниже 100Гц (т.е. низкочастотных динамиков), на более высоких частотах погрешность возрастает.

Самыми основными параметрами Тиля-Смолла , по которым можно рассчитать и изготовить акустическое оформление (проще говоря - ящик) являются:

Резонансная частота динамика F s (Герц)
Эквивалентный объем V as (литров или кубических футов)
Полная добротность Q ts
Сопротивление постоянному току R e (Ом)

Для более серьезного подхода понадобится еще знать:

Механическую добротность Q ms
Электрическую добротность Q es
Площадь диффузора S d (м 2) или его диаметр Dia (см)
Чувствительность SPL (dB)
Индуктивность L e (Генри)
Импеданс Z (Ом)
Пиковую мощность P e (Ватт)
Массу подвижной системы M ms (г)
Относительную жесткость (механическая гибкость) C ms (метров/ньютон)
Механическое сопротивление R ms (кг/сек)
Двигательную мощность (произведение индукции в магнитном зазоре на длину провода звуковой катушки) BL (Тесла*м)

Большинство этих параметров может быть измерено или рассчитано в домашних условиях с помощью не особо сложных измерительных приборов и компьютера или калькулятора, умеющего извлекать корни и возводить в степень. Для еще более серьезного подхода к проектированию акустического оформления и учета характеристик динамиков рекомендую читать более серьезную литературу. Автор этого "труда" не претендует на особые знания в области теории, а все тут изложенное является компиляцией из различных источников - как иностранных, так и российских.

Измерение параметров Тиля-Смолла R e , F s , F c , Q es , Q ms , Q ts , Q tc , V as , C ms , S d , M ms .

Для проведения измерений этих параметров вам понадобится следующее оборудование:

Вольтметр
Генератор сигналов звуковой частоты. Подойдут программы-генераторы, которые генерируют необходимые частоты. Типа Marchand Function Generator или NCH tone generator . Так как дома не всегда можно найти частотомер, можно вполне доверится этим программам и Вашей звуковой карте, установленной на компьютере.
Мощный (не менее 5 ватт) резистор сопротивлением 1000 ом
Точный (+- 1%) резистор сопротивлением 10 ом
Провода, зажимы и прочая дребедень для соединения всего этого в единую схему.

Схема для измерений

Калибровка:

Для начала необходимо откалибровать вольтметр. Для этого вместо динамика подсоединяется сопротивление 10 Ом и подбором напряжения, выдаваемого генератором, надо добиться напряжения 0.01 вольта. Если резистор другого номинала, то напряжение должно соответствовать 1/1000 номинала сопротивления в Омах. Например, для калибровочного сопротивления 4 Ома напряжение должно быть 0.004 вольта. Запомните! После калибровки регулировать выходное напряжение генератора НЕЛЬЗЯ до окончания всех измерений.

Нахождение R e

Теперь, подсоединив вместо калибровочного сопротивления динамик и выставив на генераторе частоту, близкую к 0 герц, мы можем определить его сопротивление постоянному току Re. Им будет являться показание вольтметра, умноженное на 1000. Впрочем, Re можно замерить и непосредственно омметром.

Нахождение Fs и Rmax

Динамик при этом и всех последующих измерениях должен находиться в свободном пространстве. Резонансная частота динамика находится по пику его импеданса (Z-характеристике). Для ее нахождения плавно изменяйте частоту генератора и смотрите на показания вольтметра. Та частота, на которой напряжение на вольтметре будет максимальным (дальнейшее изменение частоты будет приводить к падению напряжения) и будет являться частотой основного резонанса для этого динамика. Для динамиков диаметром больше 16см эта частота должна лежать ниже 100Гц. Не забудьте записать не только частоту, но и показания вольтметра. Умноженные на 1000, они дадут сопротивление динамика на резонансной частоте Rmax, необходимое для расчета других параметров.

Нахождение Q ms , Q es и Q ts

Эти параметры находятся по следующим формулам:

Как видно, это последовательное нахождение дополнительных параметров R o , R x и измерение неизвестных нам ранее частот F 1 и F 2 . Это частоты, при которых сопротивление динамика равно Rx. Поскольку Rx всегда меньше Rmax, то и частот будет две - одна несколько меньше Fs, а другая несколько больше. Вы можете проверить правильность своих измерений следующей формулой:

Если расчетный результат отличается от найденного ранее больше, чем на 1 герц, то нужно повторить все сначала и более аккуратно. Итак, мы нашли и рассчитали несколько основных параметров и можем на их основании делать некоторые выводы:

Если резонансная частота динамика выше 50Гц, то он имеет право претендовать на работу в лучшем случае как мидбас. О сабвуфере на таком динамике можно сразу забыть.
Если резонансная частота динамика выше 100Гц, то это вообще не низкочастотник. Можете использовать его для воспроизведения средних частот в трехполосных системах.
Если соотношение F s /Q ts у динамика составляет менее 50-ти, то этот динамик предназначен для работы исключительно в закрытых ящиках. Если больше 100 - исключительно для работы с фазоинвертором или в бандпассах. Если же значение находится в промежутке между 50 и 100, то тут нужно внимательно смотреть и на другие параметры - к какому типу акустического оформления динамик тяготеет. Лучше всего для этого использовать специальные компьютерные программы, способные смоделировать в графическом виде акустическую отдачу такого динамика в разном акустическом оформлении. Правда при этом не обойтись без других, не менее важных параметров - V as , S d , C ms и L.

Нахождение S d

Это так называемая эффективная излучающая поверхность диффузора. Для самых низких частот (в зоне поршневого действия) она совпадает с конструктивной и равна:

Радиусом R в данном случае будет являться половина расстояния от середины ширины резинового подвеса одной стороны до середины резинового подвеса противоположной. Это связано с тем, что половина ширины резинового подвеса также является излучающей поверхностью. Обратите внимание, что единица измерения этой площади - квадратные метры. Соответственно и радиус нужно в нее подставлять в метрах.

Нахождение индуктивности катушки динамика L

Для этого нужны результаты одного из отсчетов из самого первого теста. Понадобится импеданс (полное сопротивление) звуковой катушки на частоте около 1000Гц. Поскольку реактивная составляющая (X L) отстоит от активной R e на угол 900, то можно воспользоваться теоремой Пифагора:

Поскольку Z (импеданс катушки на определенной частоте) и R e (сопротивление катушки по постоянному току) известны, то формула преобразуется к:

Найдя реактивное сопротивление X L на частоте F можно рассчитаь и саму индуктивность по формуле:

Измерения V as

Есть несколько способов измерения эквивалентного объема, но в домашних условиях проще использовать два: метод "добавочной массы" и метод "добавочного объема". Первый из них требует из материалов несколько грузиков известного веса. Можно использовать набор грузиков от аптечных весов или воспользоваться старыми медными монетками 1,2,3 и 5 копеек, поскольку вес такой монетки в граммах соответствует номиналу. Второй метод требует наличия герметичного ящика заранее известного объема с соответствующим отверстием под динамик.{mospagebreak}

Нахождение V as методом добавочной массы

Для начала нужно равномерно нагрузить диффузор грузиками и вновь измерить его резонансную частоту, записав ее как F" s . Она должна быть ниже, чем F s . Лучше если новая резонансная частота будет меньше на 30%-50%. Масса грузиков берется приблизительно 10 граммов на каждый дюйм диаметра диффузора. Т.е. для 12" головки нужен груз массой около 120 граммов.

где М - масса добавленных грузиков в килограммах.

Исходя из полученных результатов V as (м 3) рассчитывается по формуле:

Нахождение V as методом добавочного объема

Нужно герметично закрепить динамик в измерительном ящике. Лучше всего это сделать магнитом наружу, поскольку динамику все равно, с какой стороны у него объем, а вам будет проще подключать провода. Да и лишних отверстий при этом меньше. Объем ящика обозначен как V b .

Затем нужно произвести измерения Fс (резонансной частоты динамика в закрытом ящике) и, соответственно, вычислить Q mc , Q ec и Q tc . Методика измерения полностью аналогична описанной выше. Затем находится эквивалентный объем по формуле:

Полученных в результате всех этих измерений данных достаточно для дальнейшего расчета акустического оформления низкочастотного звена достаточно высокого класса. А вот как оно рассчитывается - это уже совсем другая история.

Определение механической гибкости C ms

Где S d - эффективная площадь диффузора с номинальным диаметром D. Как вычислять написано ранее.

Определение массы подвижной системы Mms

Она легко рассчитывается по формуле:

Двигательную мощность (произведение индукции в магнитном зазоре на длину провода звуковой катушки) BL

Самое главное не забывайте, что для более точных значений измерения параметров Тиля-Смолла необходимо проводить эксперимент несколько раз, а затем путем усреднения получать более точные значения.

До 1970 года не существовало удобных и доступных, принятых в качестве стандартных для всей индустрии методов получения сравнительных данных о работе громкоговорителей. Отдельные тесты, проводимые лабораториями, были слишком дороги и трудоемки. При этом методы получения сравнительных данных о громкоговорителях были нужны как покупателям для выбора нужной модели, так и производителям аппаратуры для более точного описания своей продукции и аргументированного сравнения различных устройств.
Конструкция громкоговорителяВ начале семидесятых на конференции AES был представлен доклад, авторами которого были Невилл Тиле (Neville Thiele) и Ричард Смолл (Richard Small). Тиле был главным инженером по разработкам и развитию в Австралийской вещательной комиссии (Australian Broadcasting Commission). В то время он заведовал Федеральной инженерной лабораторией (Federal Engineering Laboratory) и занимался анализом работы аппаратуры и систем для передачи аудио- и видеосигналов. Смолл учился в аспирантуре Школы инженеров университета Сиднея.
Целью Тиле и Смолла было показать, как выведенные ими параметры помогают подобрать кабинет к конкретному громкоговорителю. Однако в результате получилось, что эти измерения дают значительно больше информации: по ним можно сделать гораздо более глубокие выводы о том, как работает громкоговоритель, чем на основе привычных данных о размере, максимальной выходной мощности или чувствительности.
Перечень параметров, получивших название «Параметры Смолла-Тиле»: Fs, Re, Le, Qms, Qes, Qts, Vas, Cms, Vd, BL, Mms, Rms, EBP, Xmax/Xmech, Sd, Zmax, рабочий диапазон воспроизводимых частот (Usable Freq. Range), номинальная мощность (Power Handling), чувствительность (Sensitivity).

Это группа параметров, введенных A.N. Thiele и позднее R.H. Small, при помощи которых можно полностью описать электрические и механические характеристики средне - и низкочастотных головок громкоговорителей, работающих вкомпрессионной области, т.е. тогда, когда в диффузоре не возникают продольные колебания и его можно уподобить поршню.

Параметры Thiele & Small

Fs (Гц) - частота собственного резонанса головки громкоговорителя в открытом пространстве. В этой точке ее импеданс максимален.

Fc (Гц) - частота резонанса акустической системы для закрытого корпуса.

Fb (Гц) - частота резонанса фазоинвертора.

F3 (Гц) - частота среза, на которой отдача головки снижается на 3 dB.

Vas (куб.м) - эквивалентный объем. Это возбуждаемый головкой закрытый объем воздуха, имеющий гибкость, равную гибкости Cms подвижной системы головки.

D (м) - эффективный диаметр диффузора.

Sd (кв.м) - эффективная площадь диффузора (примерно 50-60% конструктивной площади).

Xmax (м) - максимальное смещение диффузора.

Vd (куб.м) - возбуждаемый объем (произведение Sd на Xmax).

Re (Ом) - сопротивление обмотки головки постоянному току.

Rg (Ом) - выходное сопротивление усилителя с учетом влияния соединительных проводов и фильтров.

Qms (безразмерная величина) - механическая добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает механические потери.

Qes (безразмерная величина) - электрическая добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает электрические потери.

Qts (безразмерная величина) - полная добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает все потери.

Qmc (безразмерная величина) - механическая добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает механические потери.

Qec (безразмерная величина) - электрическая добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает электрические потери.

Qtc (безразмерная величина) - полная добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает все потери.

Ql (безразмерная величина) - добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая потери перетекания.

Qa (безразмерная величина) - добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая потери поглощения.

Qp (безразмерная величина) - добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая прочие потери.

N0 (безразмерная величина, иногда %) - относительная эффективность (К.П.Д.) системы.

Cms (м/Н) - гибкость подвижной системы головки громкоговорителя(смещение под воздействием механической нагрузки).

Mms (кГ) - эффективная масса подвижной системы (включает массу диффузора и колеблющегося вместе с ним воздуха).

Rms (кГ/с) - активное механическое сопротивление головки.

B (Тл) - индукция в зазоре.

L (м) - длина проводника звуковой катушки.

Bl (м/Н) - коэффициент магнитной индукции.

Pa - акустическая мощность.

Pe - электрическая мощность.

C=342 м/с - скорость звука в воздухе в нормальных условиях.

P=1.18 кГ/м^3 - плотность воздуха в нормальных условиях.

Le - индуктивность катушки.

BL - значение плотности магнитного потока, умноженный на длину катушке.

Spl - уровень звукового давления в дБ.

Этот параметр описывает сопротивление громкоговорителя по постоянному току, измеренное с помощью омметра. Его часто называют DCR. Значение этого сопротивления почти всегда меньше номинального сопротивления громкоговорителя, что беспокоит многих покупателей, так как они боятся, что усилитель будет перегружен. Однако, благодаря тому что индуктивность громкоговорителя растет с увеличением частоты, маловероятно, что постоянное сопротивление будет влиять на нагрузку.

Этот параметр соответствует индуктивности звуковой катушки, измеренной в мГн (миллигенри). По установленному стандарту измерение индуктивности производится на частоте 1 кГц. При повышении частоты будет происходить рост полного сопротивления выше значения Re, так как звуковая катушка работает как индуктор. В результате этого полное сопротивление (Impedance) громкоговорителя не является постоянной величиной. Оно может быть представлено в виде кривой, которая меняется с изменением частоты входного сигнала. Максимальное значение полного сопротивления (Zmax) имеет место на резонансной частоте (Fs).

Q-параметры

Vas/Cms

Параметр Vas говорит о том, каким должен быть объем воздуха, который при сжатии до объема в один кубический метр оказывает такое же сопротивление, что и система подвеса (эквивалентный объем). Коэффициент гибкости системы подвеса для данного громкоговорителя обозначается как Cms. Vas является одним из наиболее сложных для измерения параметров, так как давление воздуха изменяется в соответствии с влажностью и температурой и, таким образом, требует для измерения очень высокотехнологичную лабораторию. Cms измеряется в метрах на ньютон (м/Н) и представляет собой силу, с которой механическая система подвеса сопротивляется движению диффузора. Другими словами, Cms соответствует измерению жесткости механического подвеса громкоговорителя. Соотношение Cms и Q-параметров можно сравнить с выбором между повышенным комфортом и улучшенными ходовыми качествами, который делают производители автомобилей. Если рассматривать пики и минимумы аудиосигнала как неровности автомобильной дороги, то система подвеса громкоговорителя аналогична рессорам автомобиля — в идеале она должна выдерживать очень быструю езду по дороге, заваленной крупными валунами.

Этот параметр обозначает максимальный объем воздуха, который может быть вытолкнут диффузором (Peak Diaphragm Displacement Volume). Он вычисляется путем умножения Xmax (максимальной длины той части звуковой катушки, которая выходит за пределы магнитного зазора) на Sd (площадь рабочей поверхности диффузора). Vd измеряется в кубических сантиметрах. Субвуферы обычно характеризуются самыми высокими значениями Vd.

Выражаемый в тесла на метр, этот параметр характеризует движущую силу громкоговорителя. Другими словами, BL дает понять, насколько большую массу может «поднять» громкоговоритель. Измеряется этот параметр следующим образом: на диффузор воздействует определенная сила, направленная внутрь громкоговорителя, и при этом измеряется сила тока, нужная для того, чтобы противодействовать приложенной силе — масса в граммах делится на силу тока в амперах. Высокое значение параметра BL говорит об очень большой силе громкоговорителя.

Mms

Этот параметр является объединением веса диффузора в сборе и массы воздушного потока, сдвигаемого диффузором громкоговорителя во время работы. Вес диффузора в сборе равен сумме веса самого диффузора, центрирующей шайбы и звуковой катушки. При вычислении массы воздушного потока, смещаемого диффузором, используется объем воздуха, соответствующий параметру Vd.

Rms

Этот параметр описывает потери на механическое сопротивление системы подвеса громкоговорителя. Он представляет собой измерение абсорбирующих качеств подвеса громкоговорителя и измеряется в Н і с/м.

EBP

Этот параметр равен Fs, деленному на Qes. Он используется во многих формулах, связанных с конструированием кабинетов для акустических систем, и в частности, чтобы определить, какой кабинет лучше выбрать для данного громкоговорителя — закрытый или фазионверторной конструкции. Когда значение EBP приближается к 100, это означает, что такой громкоговоритель лучше всего подойдет для работы в фазоинверторном корпусе. В случае, если EBP близок к 50, данный громкоговоритель лучше установить в закрытый корпус. Однако это правило является лишь отправной точкой при создании акустической системы и допускает исключения.

Xmax/Xmech

Параметр определяет максимальное линейное отклонение. Выходной сигнал громкоговорителя становится нелинейным, когда звуковая катушка начинает выходить из магнитного зазора. Хотя и система подвеса может создавать нелинейность в выходном сигнале, искажения начинают значительно увеличиваться в тот момент, когда число витков звуковой катушки в магнитном зазоре начинает уменьшаться. Для определения Xmax нужно вычислить длину части звуковой катушки, вышедшей за пределы верхнего среза магнита, и разделить ее пополам. Этот параметр используется для определения максимального звукового давления (SPL), которое может обеспечить громкоговоритель, сохраняя при этом линейность сигнала, то есть нормированное значение КНИ.
При определении Xmech проводятся измерения длины хода звуковой катушки до возникновения одной из следующих ситуаций: либо разрушается центрирующая шайба, либо звуковая катушка упирается в предохраняющую заднюю крышку, либо звуковая катушка выходит из магнитного зазора, либо начинают играть роль другие физические ограничения диффузора. Наименьшая из полученных длин хода катушки делится пополам и полученное значение принимается за максимальное механическое смещение диффузора.

Этот параметр соответствует площади рабочей поверхности диффузора. Измеряется в см2.

Zmax

Этот параметр соответствует полному сопротивлению громкоговорителя на резонансной частоте.

Рабочий диапазон воспроизводимых частот (Usable frequency range)

Производители используют разные способы для измерения рабочего диапазона частот. Многие методы считаются приемлемыми, однако они приводят к разным результатам. По мере повышения частоты внеосевое излучение громкоговорителя уменьшается пропорционально диаметру. В определенной точке оно становится остронаправленным. В таблице показана зависимость частоты, на которой имеет место этот эффект, от размера громкоговорителя.

File:///C:/Documents%20and%20Settings/artemk01klg/Desktop/1.jpg

Номинальная мощность (Power handling)

Это очень важный параметр при выборе громкоговорителя. Необходимо точно знать, что излучатель выдержит мощность подводимого к нему сигнала. Поэтому нужно подобрать такой громкоговоритель, который сможет с запасом выдержать подводимую к нему мощность. Определяющим критерием того, какую мощность будет иметь громкоговоритель, является его способность отводить тепло. Основными конструктивными особенностями, влияющими на эффективный отвод тепла, являются размер звуковой катушки, размер магнита, вентиляция конструкции, а также высокотехнологичные современные материалы, использованные в конструкции звуковой катушки. Большие размеры звуковой катушки и магнита обеспечивают более эффективное рассеивание тепла, а вентиляция обеспечивает охлаждение конструкции.
При вычислении мощности громкоговорителя помимо способности выдерживать нагрев важны также механические свойства громкоговорителя. Ведь устройство может выдерживать нагрев, возникающий при подведении мощности в 1 кВт, но еще до достижения этого значения оно выйдет из строя из-за конструктивных повреждений: звуковая катушка будет упираться в заднюю стенку или звуковая катушка выйдет из магнитного зазора, диффузор деформируется и т. д. Наиболее часто подобные поломки случаются при воспроизведении слишком мощного НЧ-сигнала на большой громкости. Чтобы избежать поломок, необходимо знать реальный диапазон воспроизводимых частот, параметр Xmech, а также номинальную мощность.

Чувствительность (Sensitivity)

Этот параметр является одним из важнейших во всей спецификации громкоговорителя. Он позволяет понять, насколько эффективно и с какой громкостью аппарат будет воспроизводить звук при подведении сигнала той или иной мощности. К сожалению, производители громкоговорителей используют разные методы для вычисления этого параметра — единого установленного не существует. При определении чувствительности измеряют уровень звукового давления на расстоянии одного метра при подведении к громкоговорителю мощности 1 Вт. Проблема состоит в том, что иногда расстояние в 1 м рассчитывается от пылезащитного колпачка, а иногда от подвеса громкоговорителя. Из-за этого определить чувствительность громкоговорителей бывает довольно сложно.

Взято сhttp://rus.625-net.ru/

«Параметры Тиля - Смолла» - это набор электроакустических параметров, который определяет поведение динамической головки (динамика) в области низких частот. Эти параметры публикуются в спецификациях производителями как справочные для производителей акустических систем. Большинство параметров определяются только на резонансной частоте динамика, но в общем применимы во всем диапазоне частот, в котором динамик работает в поршневом режиме.

Fs - Резонансная частота динамической головки.
Qes - Электрическая добротность на частоте Fs.
Qms - Механическая добротность на частоте Fs.
Qts - Полная добротность головки на частоте Fs.

Рассмотрим каждый параметр по отдельности:

Fs - Резонансная частота динамической головки.

fs: Driver free air resonance.
fs: основной резонанс динамической головки (так же еще называют резонанс в открытом воздухе -без оформления)

Можно сказать что это условия при которых все движущиеся части динамической системы синхронизированы или входят в резонанс. Резонанс довольно сложно объяснить, проще понять это явление если попросту сказать что очень тяжело получить с помощью динамика частоту ниже частоты его основного резонанса.

К примеру грубо говоря динамик с частотой основного резонанса (fs: Driver free air resonance) = 60 Hz (Гц), не будет воспроизводить частоту в 35 Hz (Гц) очень хорошо.

Динамик же с частотой основного резонанса (fs: Driver free air resonance) = 32 Hz (Гц), будет воспроизводить частоту в 35 Hz (Гц) довольно уверенно, если ваше акустическое оформление будет настроено на воспроизведение столь низких частот. Эти два объяснения очень хорошо подходят для выбора динамика для оформления ФИ (фазинвертер), ЗЯ (Закрытый Ящик) и band-pass (банд пасс). В случае рупорного сабвуфера этот параметр не столь критичен, так как там динамик скорее используется как поршень, а частоту создает само оформление сабвуфера в виде рупора. Резонансная частота – это частота резонанса динамика без какого-либо акустического оформления. Она так и измеряется – динамик подвешивают в воздухе на наибольшем расстоянии от окружающих предметов, так что теперь его резонанс будет зависеть только от его собственных характеристик – массы подвижной системы и твердости подвески.Существует мысль, что чем ниже резонансная частота, тем лучше выйдет сабвуфер. Это верно только частично, для некоторых конструкций лишняя низкая частота резонанса – препятствие. Для ориентира: низкая – это 20 – 25 Гц. Ниже 20 Гц – редкость. Выше 40 Гц – считается высокой, для сабвуфера.

Qms - Механическая добротность на частоте Fs

Qms: Driver mechanical Quality
Qms: Механическая добротность динамика

Qms - механическая добротность динамика, дает представление о всех механических параметрах динамика вместе. Это выражение контроля создаваемого жесткостью подвеса.

Qts - Полная добротность головки на частоте Fs

Qts: Driver total Quality.
Qts: Общая добротность динамика

Иногда в этом параметре опускается буква Q, так как Это сокращение слова (качество - добротность). Итак Qts это общая добротность динамика, которая включает в себя электрическую и механическую добротность. Qts - дает нам понять, насколько сильна моторная (магнитная) система динамика. Динамики с малой общей добротностью системы (около 0,20(будут иметь большой магнит и смогут двигать диффузор динамика с большой силой. Это делается для тугих (жестких) динамиков. Динамик с Qts = 0,45 будут иметь меньший магнит и соответственно меньшую силу для движения диффузора. Таким образом низкое значение Qts дает сильный (жесткий, плотный) и острый звук, но с малым весом или низким басом и большим Qts получается протяжный и сильный звук который дает вам очень много низкочастотного давления. Остерегайтесь динамиков с большим Qts, более 0,6. Для нормальной работы таких динамиков вам потребуются огромные акустические оформления (короба), так как с нормальными (реально разумными) размерами акустического оформления вы не получите от этих динамиков много басовой составляющей. Такие динамики лучше использовать в задней полке вашего авто, где они получат много свободного пространства за своей спиной. Qts (общая добротность динамика) состоит из електрической добротно Q (Qes) и механической добротности Q (Qms)

Qms рассчитывается как

Fs sqrt(Rc)
Qms = ----------------
f2 - f1
Динамик с большой мехнической добротностью Qms может играть более открыто, чище и иметь больший динамический диапазон. Потому что такие динамики будут иметь меньшие потери. Резиновый круговой подвес более гибкий, бумажный подвес, который является частью дииффузора более конструктивен, они имеют больший воздушный поток и обычно соответственно большую чувствительность. Таким образом механическая добротность очень хороший индикатор енергетического запаса динамика.

Qts это всего лишь произведение Qes и Qms и понимания что означают эти величины, очень важно при конструировании акустических систем.
Qts Vas и fs все что нужно для вычисления размеры вашего будущего акустического оформления (короба), со временем когда вы перейдете на более профессиональный уровень конструирования, такие величины как Qes и Qms станут для вас необходим условиям для последующей работы.

Добротность – не качество изделия, а соотношение упругих и грузлых сил, которые существуют в подвижной системе динамика вблизи частоты резонанса. Подвижная система динамика во много почему то же что и подвеска автомобиля, где есть пружина и амортизатор. Пружина создает упругие силы, то есть накапливает и отдает энергию в процессе колебаний, а амортизатор – источник грузлого сопротивления, оно ничего не накапливает, а поглощает и рассеивает в виде тепла. То же происходит при колебаниях диффузора и всего, что к нему прикреплено. Высокое значение добротности значит, что преобладают упругие силы. Это – как автомобиль без амортизаторов. Достаточно наехать на камешек и колесо начнет прыгать, ничем не сдерживаемое. Прыгать на той же резонансной частоте, что свойственная этой колебательной системе. Относительно громкоговорителя это означает выбросы частотной характеристики на частоте резонанса, тем больший, чем выше полная добротность системы.Наивысшая добротность, измеряемая тысячами, – у звука, что в итоге ни на какой частоте, кроме резонансной звучать не желает, благо еще, что этого от него никто и не требует.Популярный метод диагностики подвески машины покачиванием – не что другое как измерение добротности подвески «кустовым» способом. Если теперь привести подвеску в порядок, то есть прицепить параллельно пружине амортизатор, накопленная при сжатии пружины энергия уже не вся вернется назад, а частично будет затеряна амортизатором. Это – снижение добротности системы. Теперь опять вернемся к динамику. Ничего, что мы сюда ходим? Это, говорит что, с пружиной у динамика все, вроде бы, ясно. Это – подвеска диффузора. А амортизатор? Амортизаторов – целых два, что работают параллельно. Полная добротность динамика состоит из двух: механической и электрической.Механическая добротность определяется главным образом выбором материала подвеса, причем в основном – шайбы, которая центрирует, а не внешнего гофра, как иногда думают. Больших потерь здесь обычно не бывает и взнос механической добротности в полной мере не превышает 10 – 15%. Основной взнос принадлежит электрической добротности.Самый твердый амортизатор, который работает в колебательной системе динамика, – это ансамбль из звуковой катушки и магниту. Будучи по своей природе электромотором, он как и годится мотору, может работать как генератор и именно этим и занятый вблизи частоты резонанса, когда скорость и амплитуда перемещения звуковой катушки – максимальны.Двигаясь в магнитном поле, катушка производит ток, а нагрузкой для такого генератора служит исходное сопротивление усилителя, то есть практически – нуль. Выходит такой же электрический тормоз, которым поставляются все электрички. Там тоже при торможении тяговые двигатели вынуждают работать в режиме генераторов, а нагрузка их – батареи тормозных сопротивлений на крыше. Величина производимого тока будет, природнее, тем более, чем сильнее магнитное поле, в котором двигается звуковая катушка. Выходит, что чем больше магнит динамика, тем ниже, при других ровных, его добротность. Но, конечно, поскольку в формировании этой величины принимают участие и длина проведения обмотки, и ширина зазора в магнитной системе, окончательный вывод только на основании размера магниту было бы делать преждевременно. А предыдущий – почему нет?- Базовые понятия – рядом считается полная добротность динамика меньше 0,3 – 0,35; высокой – больше 0,5 – 0,6.

Vas - Эквивалентный объем (объем воздуха (в м?), который, при воздействии на него поршня площадью Sd, обладает гибкостью, равной гибкости подвеса).

Vas: Volume of air equal to the driver compliance.
Vas: Эквивалентный объем динамика

Он дает понятие о том насколько тугой подвес у динамика. Значение дается в литрах или в кубических дюймах. Есть много параметров влияющих на Эквивалентный объем, так что мы не можем сказать что большое значение параметра Vas лучше. На еквивалентный обхем влияет подвес динамика, размер диффузора и даже температура воздуха. Это самый трудно определяемы параметр. Его значимость труднее всего оценить.Большинство современных головок громкоговорителей основано на принципе «акустического подвеса». Концепция акустического подвеса заключается в установке динамика в такой объем воздуха, упругость которого сравнимая с упругостью подвеса динамика. При этом выходит, что в параллель к уже имеющейся в подвеске пружине поставили еще одну. Эквивалентным объем будет при этом такой, при котором новая пружина, которая появилась, равняется по упругости той что была. Величина эквивалентного объема определяется твердостью подвеса и диаметром динамика. Чем мягче подвес, тем более будет величина воздушной подушки, присутствие которой начнет тревожить динамик.То же происходит с изменением диаметра диффузора. Большой диффузор при том же сдвиге будет сильнее сжимать воздух внутри ящика, тем самым испытывая большую соответствующую силу упругости воздушного объема. Именно это обстоятельство чаще всего определяет выбор размера динамика, исходя из имеющегося объема для размещения его акустического оформления. Большие диффузоры создают предпосылки для высокой отдачи сабвуфера, но требуют и больших объемов. У эквивалентного объема интересны семейные связки с резонансной частотой, без осознания которых легко промахнуться. Резонансная частота определяется твердостью подвеса и массой подвижной системы, а эквивалентный объем – диаметром диффузора и той же твердостью.
В итоге возможна такая ситуация: допустимо, есть две динамика одинакового размера и с одинаковой частотой резонанса. Но только в одно из них это значение частоты вышло в результате тяжелого диффузора и жесткой подвески, а в другое – наоборот, легкого диффузора на мягком подвесе. Эквивалентный объем у такой парочки при всем внешнем сходстве может различаться очень существенно, и при установке в тот же ящик результаты будут драматично разными.