Objašnjenje kućišta subwoofera s akustičnim ovjesom
Kućište, kutija ili ormarić:Kako god ih želite nazvati, mjesto na koje instalirate zvučnik ili subwoofer kritično je važno za njihov rezultirajuća izvedba. U ovom članku fokusirat ćemo se na najjednostavnije i najlakše kućište za projektiranje i izradu – akustičnu suspenziju ili zatvoreno kućište.
Zakoni fizike
Postoji nekoliko karakteristika koje morate imati na umu kod svakog zvučnika. Prvi je da kako se frekvencija smanjuje, ekskurzija stošca se povećava. Zapravo, da bi proizveo isti akustični izlaz, zvučnik se mora pomaknuti četiri puta više za svako prepolovljenje frekvencije. Na primjer, ako bi se vaš subwoofer pomaknuo 1 mm pri 80 Hz, morao bi se pomaknuti 4 mm da proizvede isti izlaz pri 40 Hz. Da bi proizveo isti izlaz na 20 Hz, morao bi se pomaknuti 16 mm.
Zvučnik uključuje element koji se zove pauk. Pauk pohranjuje energiju kada glasovna zavojnica zvučnika pomiče stožac naprijed ili nazad iz njegovog položaja mirovanja. Kada stožac dođe do kraja svog puta i zaustavi se, pohranjena potencijalna energija u pauku želi se osloboditi. Ova pohranjena energija vuče stožac u suprotnom smjeru. Svaki prijenos energije uključuje određene gubitke i na kraju se stožac zaustavi.
Zamislite kretanje stošca kao ljuljačku u parku. Primijenite silu na ljuljačku kako biste je pokrenuli, a ona se nastavlja ljuljati naprijed-natrag sa sve manjom amplitudom dok se ne zaustavi. Srećom, zvučnik se prestaje kretati puno brže od ljuljačke u parku.
U zvučniku je ovaj prijenos energije od stošca do pauka i natrag najučinkovitiji na određenoj frekvenciji. To nazivamo rezonantnom frekvencijom zvučnika. Na rezonantnoj frekvenciji dolazi do dramatičnog povećanja impedancije jer pauk pohranjuje veliku količinu energije. Ovo skladištenje energije uzrokuje da se stožac želi nastaviti kretati. Kretanje glasovne zavojnice koja se kreće kroz magnetsko polje stvara napon. Ovaj napon stvara protok struje u suprotnom smjeru od struje koja teče iz pojačala. Ovo protivljenje protoku struje predstavljamo kao povećanje impedancije.
Također moramo uzeti u obzir da je svaki zvučnik ograničen koliko daleko se membrana može pomaknuti. Nakon što prekoračimo ograničenja ekskurzije govornika, događaju se loše stvari. Formator glasovne zavojnice može udariti u stražnju ploču. Komponente ovjesa mogu biti ugrožene i početi kvariti. Kao nusproizvod geometrije stošca, poklopca za prašinu, okvira, pauka i motora, harmonijsko izobličenje također se povećava kako se ekskurzija povećava.
Naš cilj pri projektiranju bilo kojeg audio sustava trebao bi biti održavanje izobličenja što je moguće nižim. Većina izobličenja na niskim frekvencijama je rezonancija. Ove se rezonancije smanjuju kako se krećemo iznad rezonantne frekvencije zvučnika. Pauk i promjenjiva motorna sila, dok se zavojnica pomiče preko ruba razmaka, najviše doprinose distorziji.
Zašto nam treba kućište?
Razmotrimo nekoliko dodatnih karakteristika. Niskofrekventni roll-off zvučnika je visokopropusni filtar. Pauk u zvučniku je poput kondenzatora — opruga skladišti energiju, a isto tako i kondenzator. Zrak unutar kutije također je opruga, a paralelna je s paukom. Zračna opruga i pauk rade zajedno u isto vrijeme radeći istu stvar. Kombinacija zračne opruge i pauka povećava frekvenciju visokopropusnog filtra. Da:suprotno našim nastojanjima da proizvedemo što više niskofrekventnih informacija, kućište ograničava niskofrekventnu reprodukciju.
Ako je to slučaj, zašto želimo ograničiti kretanje stošca? Razmotrite ono što smo rekli o tome koliko je odstupanja potrebno za reprodukciju niskih frekvencija i o izobličenju. Ograničavanje niskofrekventnog izlaza iz našeg zvučnika nije idealan cilj, ali se isplati ograničiti neke od stvarno niskih frekvencija kako bismo dobili pravu količinu basa na višim frekvencijama.
Postoji korist od povećanja rezonantne frekvencije zvučnika i sustava kućišta. Recimo da imamo subwoofer s Q od 0,5 i cilj nam je imati ukupni Q sustava od 0,707. Odabiremo volumen zraka u zatvorenom prostoru koji povećava Q, što zatim povećava izlaznu snagu sustava na novoj rezonantnoj frekvenciji. Da, žrtvujemo izlaz na nižim frekvencijama, ali dobivamo izlaz oko nove rezonantne frekvencije sustava.
Želim više basa!
Moderni dizajni zvučnika nastavljaju smanjivati izobličenje pomoću računalne simulacije i modeliranja ponašanja materijala. Kvalificirani i pravilno opremljeni dizajneri zvučnika mogu simulirati ponašanje pauka, membrane i surrounda kako bi analizirali pojedinačnu rezonanciju i ponašanje distorzije. Oni također mogu modelirati interakciju između glasovne zavojnice i strukture motora kako bi predvidjeli promjene u jakosti magnetskog polja i induktivnosti koje mogu dodatno utjecati na to kako će zvučnik zvučati pri umjerenim do visokim razinama ekskurzije.
Ova poboljšanja rezultirala su zvučnicima koji proizvode manje izobličenja pri višim razinama ekskurzije. Ovo poboljšanje performansi omogućuje dizajnerima kućišta izradu sustava zvučnika koji će svirati niže i glasnije.
Neki osnovni principi upravljaju reprodukcijom niskofrekventnog zvuka. Područje konusa je kritično. Stari članak koji je objavio Audio Engineering Society pod nazivom "Problem s niskofrekventnom reprodukcijom", autora Saula J. Whitea, uključivao je grafikon koji je uspoređivao ekskurziju konusa u odnosu na frekvenciju u odnosu na izlaz sustava za 12- i 15-inčne zvučnike. Na dijagramu se vidi da se konus pokretača od 15 inča mora pomaknuti samo upola manje od pokretača od 12 inča da bi proizveo isti učinak.
Da bismo proizveli zvuk, moramo istisnuti zrak. Pomak se izračunava umnoškom površine membrane zvučnika i udaljenosti koju membrana može prijeći. Drugim riječima, provrt puta hod. Za isti pomak, veći provrt zahtijeva manji hod.
Što je punch line? Ako želite glasnije, kupite više zvučnika ili subwoofera.
Ponašanje vozača u zatvorenom prostoru
Povećanje Q sustava uzrokovano dodatkom krutosti zraka u kućištu može uzrokovati izobličenje ako se Q pretjerano poveća. Ovo povećanje Q radi protiv naše želje za sustavom s niskim izobličenjem. Izrada premalenog kućišta previše povećava Q, pa završavamo sa sustavom koji proizvodi veliku količinu izlaza u uskom frekvencijskom rasponu. Ova premala kućišta često se nazivaju "čudesima za jednu notu".
Što uzrokuje takvo ponašanje? Kvaliteta jedne note rezultat je povećanog skladištenja i prijenosa energije u rezonantnom sustavu. Bas ide i ide – poput naše ljuljačke u parku.
Upravljanje napajanjem
U kućištu s akustičnim ovjesom, ekskurzija stošca se povećava kako se smanjuje frekvencija. Ovo povećanje ekskurzije nastavlja se sve do frekvencije pri kojoj sila pauka i kutije premašuje silu motora. U tom je trenutku razina izleta ograničena i nećemo vidjeti povećanje izleta. Rezultat:Štitimo zvučnik od fizičkih oštećenja zbog izmicanja membrane izvan konstrukcijskih karakteristika zvučnika.
Predviđanje granica odstupanja konusa u odnosu na frekvenciju i snagu je relativno jednostavno za zatvoreno kućište. Volumen kućišta obrnuto je proporcionalan količini snage koju zvučnik može podnijeti kada se promatra sa stajališta ekskurzije. Malo kućište uvelike ograničava pomicanje membrane na vrlo niskim frekvencijama, ali sustav ne proizvodi puno dubokih basova. Veliko kućište omogućuje zvučniku da se pomakne dalje i proizvodi više niskofrekventnog izlaza, ali ne možemo pokrenuti zvučnik s tolikom snagom iz straha da ga ne oštetimo.
Kako povećavamo glasnoću kućišta subwoofera, zrak unutra ima manje "efekta opruge" na kretanje subwoofera. Ovaj grafikon prikazuje povećanje odstupanja vozača kako se volumen zraka povećava u četiri različita kućišta.
Pregled akustičnog ovjesa
Kućište zvučnika s akustičnim ovjesom smanjuje izlaz basa brzinom od -12 dB po oktavi ispod rezonantne frekvencije. Kada kombinirate ovo okretanje s pojačanjem u kabini povezanom s većinom vozila, možete dobiti izvrsnu i linearnu niskofrekventnu ekstenziju duboko u infrazvučno područje. Kućišta s akustičnim ovjesom lako je izračunati i konstruirati. Vrlo dobro opraštaju manje pogreške u izračunu volumena.
Konačno, vrijedi zapamtiti da kućišta s akustičnim ovjesom nisu dizajni kućišta s najnižim mogućim izobličenjem.
Kada dođe vrijeme da dizajnirate kućište subwoofera za svoj automobil ili kamion, posjetite svog lokalnog prodavača mobilne elektronike i razgovarajte o svojim zahtjevima. Oni vam mogu pomoći u odabiru subwoofera i dizajna kućišta koji će vam dati čvrstu osnovu za izgradnju vašeg audio sustava.