на что влияет добротность динамика

Добротность динамика – что это?

Начнем разбираться с основными параметрами динамиков. Добротность – один из ключевых параметров.

Добротность динамика – это не про то, насколько качественно он сделан:) Много мифов и заблуждений я слышал относительно этого параметра, но, он очень важен. И было бы не плохо разобраться и разложить все по полочкам.

Не зная значение добротности сказать что-то вразумительное о динамике будет невозможно.

У многих я спрашивал, что же такое добротность, и абсолютное большинство людей, будучи не первый день в звуке и автозвуке, как-то неуверенно говорили про потери, про соотношение упругих и вязких сил, про ширину резонансной полки… А дополнительные вопросы вообще вводили народ в тупик:)

Если говорить простыми словами, добротность — это история про затухающие колебания. Про то, как именно динамик ведет себя после устранения возмущающей силы (прекращения сигнала).

Что нам скажет википедия: добротность — параметр колебательной системы, определяющий ширину резонанса и характеризующий, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за время изменения фазы на 1 радиан. Обозначается символом Q от англ. quality factor.

Давайте разбираться: что в динамике отвечает за запасы энергии, а что за потери.

Очевидно, что запасать энергию могут подвесы: внешний подвес и центрирующая шайба — это пружины, которые стремятся вернуть подвижку в первоначальное состояние.

А вот с потерями все не так очевидно. Есть механические потери (Qms), сюда входят потери на трение в подвесах, затраты энергии на звукоизвлечение и т.д. Но этот компонент не доминирует в общей картине, главную скрипку играет электрическая добротность (Qel или Qes). Среднее значение механической добротности для низкочастотного динамика от 2 до 10.

В моторе динамика происходит следующая интересная штука: проводник (катушка), двигаясь в магнитном поле вырабатывает ЭДС, то есть, работает не как двигатель, а как генератор. Обычно динамики подключены к усилителю, а у них (у усей) мизерное сопротивление, очень близкое к 0.

Получается, что когда сигнал от усилителя исчезает, а динамик «на ходу» – он работает как генератор, причем с максимальной нагрузкой (выходы катушки практически закорочены). Эта нагрузка создает достаточно мощную тормозящую силу, вынуждающую катушку и дифузор быстро остановиться.

Среднее значение электрической добротности для низкочастотного динамика от 0,2 до 0,9. Сравните это с типовыми значениями механической добротности, и станет очевидно, что гашение колебаний (потери энергии) происходят преимущественно из-за электрической составляющей.

Можно провести простой эксперимент: взять низкочастотный динамик и аккуратно постучать по диффузору (за целостность динамика я не отвечаю!))) Вы услышите небольшой гул на резонансной частоте.

Если закоротить выводы катушки и постучать еще раз – гула уже не будет, потому что колебания на резонансной частоте практически сразу же гасятся в магнитной системе динамика.

Электрическая и механическая добротности складываются друг с другом и в итоге получается полная добротность – именно этот параметр мы используем для расчетов оформления. Да, знать добротность нам нужно именно для этого – чтобы можно было определить, какой корпус и какое акустическое оформление подойдет к нашему динамику.

Механическая и электрическая добротности складываются не просто суммой, а формулой, аналогичной сопротивлению при параллельном включении:

Qts=Qes*Qms/( Qes+Qms)

Делаем вывод: чем мощнее у динамика мотор (при прочих равных), тем меньше будет добротность. Поэтому на сверхмощных сабах ставят по нескольку жестких центрирующих шайб, иначе добротность упадет ниже плинтуса:)

С запасами и потерями энергии вроде разобрались. Теперь определимся с конкретными значениями.

Высокая добротность – это когда потери малы, а энергии в подвесах запасено много и колебания продолжаются после исчезновения возмущающей силы. Причем это не случайные колебания, а именно колебания на частоте резонанса головки.

Низкая добротность – потери велики, и при исчезновении сигнала колебания сразу же затухают. У такого динамика нет склонности выделять какую-то определенную частоту.

Логично предположить, что для динамика подойдет именно низкая добротность! Нам не нужно, чтобы после окончания сигнала динамик сам по себе продолжал что-то доигрывать (и всегда на одной и той же частоте). Важно понимать, что высокодобротный динамик не будет продлевать короткие ноты, он к любому возмущению будет добавлять бубнеж на своей частоте резонанса. Оттого звук становится монотонным, окрашеным, с постоянным гулом — ну, я думаю, все знают, как звучат дешевые компьютерные бубнелки и музыкальные центры?:) А нам важно чтобы дин воспроизвел именно тот сигнал, который на него отправили, без импровизаций и самодеятельности.

Слишком низкая добротность – это тоже не хорошо. В этом случае в зоне резонанса динамика появляется завал относительно уровня высокочастотного излучения, тем шире, чем ниже добротность. Добротность в итоговой конструкции должна составлять вполне определенные значения.

Выделяют два особых значения добротности:

Добротности ниже 0,5 ведут к сильному завалу НЧ, выше 1 – явно появляется вброс АЧХ на частоте резонанса.

Иллюстрация взята из книги Гапоненко С.В. «Акустические системы своими руками», а сам Гапоненко взял эту картинку из книги небезызвестного Р. Смолла

От чего зависит добротность?

Добавим чуть больше практики и теоретические тезисы из первой части статьи попробуем переложить на реальные динамики.

Итак, от чего же зависит добротность?

Мне удалось показать это в эксперименте: добавил к динамику дополнительный магнит, тем самым увеличив магнитное поле.

Дополнительным магнитом удалось существенно снизить добротность динамика. Резонанс остался неизменным.

Поэтому, если у вас стоит задача снизить добротность динамика, можно попытаться снизить жесткость. Заменить подвесы, размягчить резину подвеса пропитками. Некоторые даже вырезают сектора из центрирующей шайбы, но это очень рискованный путь:)

Добротность при увеличении массы растет, резонансная частота падает.

Как сопротивление провода влияет на добротность.

Как влияет акустическое оформление?

Объем воздуха в закрытом ящике работает как дополнительная воздушная пружина, следовательно жесткость колебательной системы растет, добротность растет. Чем меньше объем ящика, тем сильнее растет добротность.

В ЧВ к диффу как бы прикрепляется масса воздуха в туннеле, оттого итоговая добротность растет. Во фри, ОЯ, БЭ и прочих существенно меняться добротность не должна.

Для себя я сделал следующий вывод, и думаю, что он правильный: мы должны получить итоговую добротность всех резонансов в пределах 0,5-0,7. Вне зависимости, какое оформление мы выбрали.

Как видим, все акустические оформления в лучшем случае не меняют добротность, а в большинстве случаев существенно ее поднимают. Поэтому нам нужны низкодобротные динамики с добротностями от 0,3 до 0,7. Для того, чтобы возросшая в оформлении частота составила нужные нам 0,7.

Но, с этим связана некоторая подстава:) 99% дешевых и легкодоступных динамиков высокодобротные. Я говорю про бюджетную автомобильную акустику, про динамики, устанавливаемые в компьютерные колонки, в музыкальные центры, в бюджетные системы 5:1, в бумбоксы всякие. Почти везде добротность динамика близка к 1, а зачастую и того больше.

Не знаю, почему так делается, то ли на магнитах экономят и не могут в рамках бюджета сделать мощный мотор, то ли специально делают так, чтобы в ущерб качеству «долбило» лучше (а долбить оно будет реально сильнее, и на любой композиции одинаково: в частоту резонанса).

А может это тонкий маркетинговый ход, вынуждающих тех, кто слышит разницу, платить вместо 5000р за колоночки 50 000+?:)

17 комментариев: Добротность динамика – что это?

Мне только одному кажется, что прилепив доп. магнит, добротность не обязательно уменьшиться – она точно так же может изменится в сторону увеличения значения..

прилепите не той стороной и будет как вам кажется )))

Источник

Разбираемся в параметрах Тиля Смолла. Автозвук и DIY

Содержание

Содержание

Параметры Тиля-Смолла позволяют понять, как будет звучать динамик в том или ином корпусе без покупки, прослушивания и сравнительных тестов. Особенно это пригодится любителям автозвука, ведь именно им приходится иметь дело с голыми динамиками, которые монтируются в двери и багажники. Кто-то с помощью этих параметров рассчитывает подходящий объем и тип пространства для громкоговорителя, кто-то любит подбирать динамики от разных производителей и проверяет их совместимость друг с другом. Эта статья простым языком объяснит, кто такие Тиль, Смолл, что за параметры они придумали и что теперь с ними делать.

С кого все началось

Слева Тиль, справа Смолл

Что дают эти параметры

Основные параметры Тиля-Смолла

Чтобы понять их суть, нужно вспомнить, что динамик состоит из двух частей:

Таким образом, подвижная часть динамика движется только вверх и вниз, подобно поршню. Это движение сжимает и расширяет воздух, создавая звуковые волны. Если налить в динамик жидкость, можно увидеть, как образуются эти волны:

Как раз работа такого поршня и описывается параметрами Тиля-Смолла. Фундаментальных параметров три.

1. Эквивалентный объем (Vas, м3)

У подвеса и центрирующей шайбы есть некоторая упругость, которая мешает всей системе двигаться свободно. Ее можно представить как пружину. Если взять такой объем воздуха, который по своей упругости равен этой пружине, то как раз и получится эквивалентный объем.

Чем эквивалентный объем меньше, тем подвижная система у динамика жестче.

Этот параметр относится скорее к желаемой характеристике корпуса, а не самого динамика. Однако это ни в коем случае не тот объем корпуса, в который нужно поместить динамик. Если такое провернуть, то чересчур вырастет добротность и резонансная частота. Подушка из воздуха поднимет резонанс и будет работать как пружина, мешая торможению динамика.

Эквивалентный объем рассчитывается путем умножения жесткости подвеса, диаметра диффузора (потому что эта поверхность взаимодействует с другой пружиной — воздухом), плотности окружающего воздуха и скорости звука в нем. Соответственно, чем жестче подвес, тем меньше будет тот объем воздуха, который будет влиять на динамик фактом своего существования. Аналогично с диффузором — чем больше мембрана, тем сильнее она сжимает воздух внутри корпуса колонки или саба, а следовательно и ответная сила противостоящего ему воздуха будет выше.

Именно Vas часто играет решающую роль при выборе динамика под определенный объем. Особенно это касается сабвуферов — большим диффузорам нужны большие объемы. Обычно советуют прицеливаться на саб с Vas в районе 30–50 л.

2. Резонансная частота (Fs, Гц)

Если флешбеки со школьных уроков физики еще не начались, то тут они точно появятся. Есть колеблющаяся система — например, качели. Если отвести их в сторону и отпустить, то они будут качаться с определенной собственной частотой. Это и будет резонансная частота. Если вдобавок толкать качели с ней в такт, это позволит раскачать их быстрее и сильнее, чем применив любую другую частоту.

Это имеет самое прямое отношение к динамику: подвижная система (прежде всего подвес) — это качели, а электричество — тот парень, который их толкает. Если подать на динамик сигнал на его резонансной частоте, то обе эти частоты сложатся и образуют резонанс. На графике импеданса, и даже графике АЧХ в этом месте будет пик.

Чем мягче подвес и больше масса, тем резонансная частота ниже.

Fs — один из важнейших параметров, поскольку ниже нее звуковое давление динамика заметно падает. Поэтому для сабвуферов нужна максимально низкая резонансная частота, так как после нее обычно идет серьезный спад АЧХ. Это значит, что чем резонансная частота ниже, тем глубже будет бас.

Важно также отметить, что резонансная частота измеряется у динамика без корпуса. При размещении громкоговорителя в корпусе на Fs влияет объем последнего. Если нужно, чтобы резонансная частота (и полная добротность, о которой ниже) остались прежними, тогда следует установить динамик в такой багажник, объем которого превышает Vas минимум втрое.

Резонансная частота поможет определить роль динамика в АС. К примеру, если Fs более 50 Гц, то сабвуфер с таким динамиком не построишь, ему лучше всего подойдет роль мидбаса. Если же Fs выше 100 Гц, то такой динамик лучше всего использовать для воспроизведения средних частот. Для саба же подходящим будет Fs в районе 21–35 Гц.

3. Полная добротность (Qts)

После того, как диффузор динамика воспроизвел звук, он возвращается в исходное положение, причем не мгновенно, а плавно затухая на резонансной частоте — подобно качелям, которые перестали раскачивать. То, как быстро диффузор вернется на место, и есть полная добротность.

Чем быстрее диффузор встанет в исходную позицию после излучения сигнала, тем добротность ниже.

Чем добротность ниже — тем лучше. Если диффузор будет долго возвращаться в исходное положение, из-за колебаний на резонансной частоте появятся посторонние шумы, гул и артефакты.

Полная добротность состоит из двух «неполных»:

Любопытно, что добротность — параметр безразмерный. К примеру, если он равен единице, это означает, что для остановки диффузора последний должен совершить ровно один цикл колебаний (т.е. пропал сигнал, мембрана идет вверх-вниз, затем останавливается).

Считается, что наилучшая добротность для акустической системы равняется примерно 0,5-0,7 для обычной музыки и 0,8-0,9 для тех, кто любит жанры с преобладанием резкого баса. Чем она меньше этих значений, тем выше по графику АЧХ ползет спад басовых частот, лишая их слушателя. При больших значениях Qts на графике АЧХ случается горб в районе резонанса, а остальные характеристики ухудшаются.

Также важно соотношение резонансной частоты к полной добротности. Если результат деления обоих значений равен 50, то динамик стоит использовать лишь в закрытом объеме. Если же он достигает 100, тогда в конструкцию можно добавить фазоинвертор.

Второстепенные параметры

Три приведенных выше параметра — фундаментальные, но не единственные. Иногда в паспортах на динамик или АС встречаются и другие характеристики, однако не все они имеют значение и применимость. Обычно встречаются следующие:

Где найти эти параметры

Фундаментальные параметры Тиля-Смолла позволяют смоделировать как минимум среднюю громкость и импеданс будущей акустической системы. Также они помогут рассчитать конструкцию и объем корпуса, в который будет заключен громкоговоритель.

Но чтобы воспользоваться этими параметрами, нужно их для начала узнать. Иногда это просто, как с JBL STAGE3 607C. Достаточно открыть руководство по установке и вуаля!

Но часто они спрятаны глубоко под маркетинговыми лозунгами. К примеру, чтобы узнать искомые характеристики АС Morel Tempo Ultra 572, нужно найти в дебрях официального сайта pdf с презентацией линейки динамиков и отмотать в самый низ. Наградой станет здоровенная таблица со всеми параметрами всех динамиков в линейке производителя:

Есть и другие способы. Например, в одном из онлайн-калькуляторов можно найти базу моделей популярных динамиков. К примеру, нужно выяснить характеристики Ural АК-74.С. При выборе нужной модели в приложении открывается ее профиль с основными характеристиками, включая параметры ТС. А, кликнув на расчет короба, можно увидеть графики импеданса и Spl:

Как измерить самостоятельно

Из-под завалов хлама в гараже были извлечены пара ноунейм динамиков. С виду неплохие, но кто их сделал и для каких задач — тайна, покрытая мраком. Измерив их параметры, можно понять, что это за звери и на что сгодятся. Сделать это несложно, но понадобится несколько девайсов:

Процедура несложная, но требует определенной подготовки, поэтому описание заняло бы самостоятельностью статью. Благо, на официальном сайте Room Eq Wizard есть такая статья на английском, а на ютубе — русскоязычные видео с подробным описанием процесса:

Параметры Тиля-Смолла очень полезно знать, работая с голыми динамиками. Они позволяют сконструировать объем для громкоговорителя, руководствуясь не только эстетическими предпочтениями, но также формулами и математикой. Научный подход позволит добиться максимально качественного звука в любых условиях.

Источник

Что такое – добротность динамика? 1 min read

Добротность динамика – что это такое? На что влияет добротность динамика? В чем измеряется? От чего зависит? Начнем по порядку.

Динамик – это такой прибор, который служит для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в колебания воздуха. Эти колебания воздуха мы воспринимаем не иначе как – звук. Один их параметров динамика, имеет такое понятие – добротность.

Что такое – добротность динамика?

Пожалуй, сначала вопрос. А для чего вам вообще нужно знать этот параметр? Что он вам даст? Ведь этот параметр не скажет о том, на сколько хорошо или плохо сделан ваш динамик? На сколько хорошо он будет играть? Но когда возникает вопрос о доработке акустики, параметры добротности динамиков могут многое рассказать о технических возможностях будущей системы.

Но для полной картины возможностей динамика нужно будет собрать кучу параметров. В кругах “продвинутых” меломанов эти параметры называют – “параметры Тиля-Смолла”.

Измерением этих параметров точно не будем заниматься, по крайней мере – не в этот раз. Но о таком параметре как – добротность, поговорим немного. Без научных выкладок и “глубокой физики”. Порассуждаем по простому, что бы стало немного понятнее – какая добротность динамика лучше и почему?

Как нас учит вики: “Добротность — параметр колебательной системы, определяющий ширину резонанса и характеризующий, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за время изменения фазы на 1 радиан. Обозначается символом Q от англ. quality factor.”

Если проще, то речь идет про затухающие колебания. Так как разговор идет относительно динамика, то как он (динамик) ведет себя после подачи на него сигнала, как быстро затухают колебания диффузора при прекращении подачи сигнала на динамик.

Что такое – “запасы энергии в системе”?

Запасы и потеря энергии динамика.

Что в динамике может запасать энергию? Всё, что каким либо образом удерживает сам диффузор в динамике и будет накопителем энергии. Подвес и центрирующая шайба – это устройства, которые в любом случае хотят вернуть диффузор в своё первоначальное положение, в уравновешенное состояние, они же являются накопителем энергии.

А что может вызывать потерю этой накопленной энергии? Таких “потерь” гораздо больше, чем можно подумать.

Механическая добротность динамика.

Есть механические потери (параметр Тиля-Смолла – Qms). Это как раз и есть механическая добротность – потери на трение в подвесах, затраты на звукоизвлечение и некоторые иные. Для низкочастотного динамика средняя механическая добротность (Qms) от 2 до 10. Но “главной добротностью” стоит считать – электрическую добротность (Qel или Qes).

Электрическая добротность динамика.

Интересный момент, когда динамик пытается вернуть диффузор в своё первоначальное состояние, после снятия электрического сигнала, катушка динамика вырабатывает ЭДС, двигаясь в магнитном поле. Динамики, в свою очередь, непосредственно подключены к усилителю, аудиопроводом.

Усилитель имеет практически нулевое сопротивление. И когда сигнал от усилителя пропадает, а динамик «на ходу», то он (динамик) работает как генератор. Причем, работает как генератор, с максимальной нагрузкой (выходы катушки практически закорочены сопротивлением усилителя). Эта нагрузка создает достаточно мощную тормозящую силу, вынуждающую катушку и диффузор быстро останавливаться.

Среднее значение электрической добротности (Qes), для низкочастотного динамика – от 0,2 до 0,9, но чаще – близкий к единице. И если сравнивать параметры электрической добротности со значениями механической добротности, то получается вывод – гашение колебаний (потеря энергии) происходит, в основном, из-за электрической составляющей.

Полная добротность динамика.

Эти две составляющих складываются друг с другом, и получается другой параметр – полная добротность (Qts). Уже этот параметр обычно используется при расчётах оформлении акустики.

Кстати сказать, “сложение” электрической и механической добротности происходит не простым суммированием, а целой формулой. Она полностью повторяет формулу при параллельном подключении сопротивлений.

Формула полной добротности динамика. Произведение “электрической” и “механической добротности” делённое на их сумму – Qts=Qes*Qms/( Qes+Qms)

Вывод: маленькая добротность может быть у динамика, у которого имеется мощная катушка (“мотор”) или установлены дополнительные центровочные шайбы.

Как пример. На фото динамик на заводе JVC (Victor) оснастили дополнительным магнитом для более быстрой остановки диффузора при максимальном ходе.

Высокая и низкая добротность динамика.

Динамик имеет высокую добротность, если колебания диффузора продолжаются на резонансной частоте даже тогда, когда на динамик уже не подается сигнал, а потери, при этом, очень маленькие. Про резонансные частоты поговорим в другой раз.

А вот если колебания динамика затухают практически сразу, после пропадания сигнала на него, и много сил динамик тратит на разного рода потери, то говорят, что такой динамик имеет низкую добротность.

Что бы не слышать в своих колонках “эффект переотраженки”, звуков типа “гула” или “бубнения”, не слушать “доигрывание” каких либо звуков, при доработке акустики или изготовлении её самостоятельно, нужно подбирать динамики с низкой добротностью.

Сказать иначе можно так – после пропадания сигнала от усилителя, динамик должен сразу возвращаться на своё место, которое он обычно занимает, когда на него не подаётся ни какой сигнал. Это будет идеальным вариантом, идеальным динамиком. Таким образом мы будем получать от динамика именно тот звук, который хотим услышать.

От чего зависит добротность динамика?

Выше уже обсудили все моменты, которые могут ответить на этот вопрос. Остаётся только повторить, но попробуем коротко и по иному.

Добротность динамика зависит от некоторых следующих факторов:

В любом случае, будет лучше, если брать динамик с добротностью на любых резонансах от 0,3 до 0,7. И это не зависит от самого оформления корпуса акустики – с фазоинвертором это будет колонка или “закрытый ящик”.

Выводы.

Добротность – это один из показателей (характеристик) динамика. Показатель добротности показывает, как затухают колебания динамика.

Если величина добротности большая – от 2-х и выше, даже 3 – это уже значительная величина. В этом случае, колебания будут продолжаться после того как исчезла возмущающая сила (усилитель перестал подавать сигнал в провод, который подключен к динамику).

Если добротность низкая – меньше 1, то колебания затухают быстро, динамик не издаёт “лишних” звуков, и диффузор практически мгновенно возвращается на своё место равновесия.

Уровень добротности динамика в акустических системах влияет на амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), так же как и на импульсные характеристики колонки. То есть, этот показатель динамика сильно влияет на особенности звука самого динамика и акустики в целом.

Если показатель добротности:

Идеальным показателем добротности динамика считается:

Что бы не пропустить новые статьи, подписывайтесь на новые статьи сайта и получайте свежие новости самыми первыми!

Будем рады вашему вниманию и комментариям.

Всего знать – не дано ни кому, потому многие учатся до конца своих дней, если им это интересно. Так и мы, стараемся познать и поделиться своими размышлениями.

Хотите поделиться своим опытом – напишите и мы обязательно примем меры к изучению вашего мнения и опыта. И вы сможете сделать это на нашем сайте! Не забывайте про Авторские права.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник