Jeder Lautsprecher ist tatsächlich ein schwingendes System. Auf dieser Grundlage werden fast alle Berechnungen der Parameter solcher Schallgeber durchgeführt. Eine der wichtigsten Eigenschaften moderner Lautsprecher ist der Qualitätsfaktor. Dieser Parameter zeigt in erster Linie die Qualität von Geräten dieser Art an.
Was für eine Funktion
Also, der Qualitätsfaktor des Sprechers - was ist dieser Indikator? Konzentriert man sich auf diese Eigenschaft, kann man zunächst feststellen, wie die Schwingungsbewegungen von Schallgebern gedämpft werden. Es wird angenommen, dass dieser Indikator für die Köpfe nicht zu groß sein sollte.
Wenn der Qualitätsfaktor des Lautsprechers hoch und gleich ist, zum Beispiel 2 oder 3, dann werden die darin enth altenen Vibrationen auch nach dem Verschwinden der Kraft, die sie verursacht hat, weitergehen. Dies führt natürlich zu einer Verschlechterung der Klangqualität. Im Lautsprecher treten störende Geräuscheffekte auf.
Wenn der Qualitätsfaktor niedrig ist (kleiner als 1), klingen die Schwingungen im Gerät sehr schnell ab. Das heißt, die Membran in der Dynamik nachEin scharfer Aufprall kommt fast sofort in einen stabilen Zustand. Dadurch erzeugt das Gerät einen saubereren und angenehmeren Klang. Entsprechend denken Experten selten darüber nach, wie sie den Qualitätsfaktor des Lautsprechers erhöhen können. Grundsätzlich versuchen Meister beim Entwerfen von Akustiksystemen, diese Zahl zu senken.
Genaue Definition
Der Qualitätsfaktor des Lautsprechers - was das ist, haben wir ganz allgemein herausgefunden. Genauer gesagt ist diese Eigenschaft ein Parameter, der angibt, wie oft die Energiereserven im betrachteten Schwingungssystem seine Verluste überschreiten, wenn sich die Phase um 1 Radiant ändert. So lässt sich der Qualitätsfaktor physikalisch definieren.
Wo Energiereserven in der Dynamik konzentriert sind
Wenn ein starkes sinusförmiges Signal an den Kopf angelegt wird, konzentrieren sich die Energiereserven hauptsächlich in den gespannten Federn, wobei gedämpfte Schwingungen dazu neigen, das DIV in die Mittelstellung zurückzubringen. DIV in modernen Lautsprechern kann unterschiedliche Gewichte haben. Dementsprechend werden die Federn in der Konstruktion des Schallgebers mit ungleicher Steifigkeit eingesetzt. Das heißt, je schwerer der Lautsprecher, desto mehr Energiereserven hat er.
Lautsprecherleistungsverlust
Geräte dieses Typs sind in erster Linie darauf ausgelegt, Töne auszusenden, die vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden. Die Übertragung solcher Schwingungen an die Umgebung ist der Energieverlust des Lautsprechers. Allerdings ist der Wirkungsgrad moderner Lautsprecher meist sehr gering. Daher macht die Tonübertragung nur einen kleinen Teil des Geräteverbrauchs aus. Energie. Typischerweise treten auf diese Weise weniger als 1 % aller Verluste auf.
Die Kosten von Schallschwingungen in der Dynamik sind der wichtigste Indikator. Schließlich werden solche Geräte für die Übertragung von Schall entwickelt und hergestellt. Aber noch viel mehr Verluste in solchen Geräten sind rein mechanisch. In solchen Geräten wird viel Energie für Reibung aufgewendet:
- in Sperren;
- im Magnetsp alt;
- über Luft usw.
Der größte Stromverbrauch von Lautsprechern liegt in ihrem Motor. Moderne Geräte dieser Art arbeiten nach dem Prinzip kleiner Generatoren, die ziemlich viel Widerstand erzeugen.
Stock-to-Loss-Ratio
Daher sammelt ein Lautsprecher mit ausreichend starker Federung und starkem Hub viel Energie. Dementsprechend wird seine Menge im Gerät die Verluste deutlich übersteigen. Ein solcher Lautsprecher kann als hochwertig angesehen werden. Die Schwingungen darin werden langsam abklingen. In einem leichten Gerät mit nicht besonders starken Federn wird weniger Energie gespeichert. Dementsprechend wird der Indikator für das Verhältnis zwischen der verfügbaren und verbrauchten Energie darin klein sein. Ein solcher Lautsprecher gilt als minderwertig und dementsprechend qualitativ besser.
Elektrische und mechanische Leistung
Der Qualitätsfaktor der Lautsprecher kann auf verschiedene Arten berechnet werden. In einigen Fällen werden bei der Bestimmung dieses Parameters nur Schallverluste sowie Reibungsverluste berücksichtigt. Verwendeneines solchen Berechnungsverfahrens erhält man eine mechanische Gütezahl.
Manchmal werden in den Berechnungen nur die Durchflussraten für den Widerstand des Lautsprechermotors berücksichtigt. Dieser Qualitätsfaktor wird als elektrisch bezeichnet. Dieser Indikator in der Dynamik hat normalerweise kleine Werte. In jedem Fall übersteigt die mechanische Güte bei Schallgebern immer die elektrische. Normalerweise hat ein solcher Indikator in der Dynamik einen Wert größer als eins.
Notation
Bei der Auslegung akustischer Systeme und der Durchführung verschiedener Arten von Berechnungen werden die folgenden Bezeichnungen verwendet:
- Qts - voller Qualitätsfaktor.
- Qms - mechanischer Gütefaktor des Lautsprechers.
- Qes - elektrisch.
In jedem Fall wird der Qualitätsfaktor der Sprecher in den Formeln immer mit Q bezeichnet.
Wovon der Indikator abhängen kann
Moderne Lautsprecher gelten als qualitativ hochwertig, wenn sie einen Gesamtqualitätsfaktor (elektrischer und mechanischer Verlust) von etwa 0,7 oder weniger aufweisen. Allerdings sollte dieser Wert den Lautsprecher charakterisieren, unter anderem unter Berücksichtigung seiner akustischen Auslegung. Zu beachten ist, dass letzteres immer den Netto-Qualitätsfaktor des Gerätes erhöht.
Zum Beispiel ist das akustische Design eines Lautsprechers ziemlich oft ein geschlossener Kasten. In diesem Fall addiert sich die Elastizität der Luft im geschlossenen Raum zur Elastizität der Feder. Das heißt, es werden mehr Energiereserven in einer so gest alteten Dynamik vorhanden sein. Der Qualitätsfaktor wird steigen undbei Verwendung eines Phasenwenders, Horns etc.
Daher sollte bei der Auswahl eines Lautsprechers immer auch das akustische Design berücksichtigt werden. Der reine Qualitätsfaktor des gekauften Geräts sollte in jedem Fall gleich oder kleiner als 0,7 sein, damit Sie ein Lautsprechersystem mit hochwertigem Klang erstellen können.
Es wird beispielsweise angenommen, dass der Qualitätsfaktor eines Lautsprechers für eine geschlossene Box etwa 0,5-0,6 betragen sollte, was noch niedrigere Zahlen erfordert, da dies die Lautsprecher sehr stark antreiben kann.
Was beeinflusst den Qualitätsfaktor des Lautsprechers
Q beeinflusst in akustischen Systemen vor allem den Frequenzgang und die Impulsantwort der Lautsprecher. Das heißt, dieser Indikator bestimmt weitgehend die Eigenschaften des Klangs der Lautsprecher. Mit einem Qualitätsfaktor von beispielsweise 0,5 lässt sich die beste Impulsantwort erzielen. Mit einem Indikator von 0,707 wird ein gleichmäßiger Frequenzgang erzielt. Auch unter:
- Q-Faktor 0, 5-0, 6 Lautsprecher erzeugen audiophilen Bass;
- Anzeigen 0, 85-0, 9 Bass wird elastisch und geprägt;
- einer Güte von 1,0 erscheint im Schnitt ein „Buckel“mit einer Amplitude von 1,5 dB, der vom menschlichen Ohr als beißender Ton wahrgenommen wird.
Während Q weiter ansteigt, wird der „Buckel“im Klang größer und charakteristische Brummgeräusche beginnen aus den Lautsprechern zu dringen.
Theorie und Praxis
Was beeinflusst also die Güte des Sprechersverständlicherweise. Wie wir herausgefunden haben, sollte dieser Indikator bei der Verwendung von Akustikdesign ziemlich niedrig sein. So funktioniert es in der Theorie. In der Praxis sind minderwertige Lautsprecher leider eher selten. Auch wenn beispielsweise ein Phasenwender verwendet wird, der, wie wir herausgefunden haben, eine Anzeige von 0,5-0,6 erfordert, werden häufig Köpfe mit einer Anzeige über eins verwendet.
Jedes Schall emittierende Gerät hat seine eigene Resonanzfrequenz. Und dadurch kommen die Membranen nach scharfen Signalen in einen Gleichgewichtszustand. In vielen Fällen wird der Lautsprecher bei einem hohen Qualitätsfaktor nicht einmal Noten verlängern oder zu Ende spielen. Wenn die äußere Einwirkung aufhört, fängt es einfach an, unangenehm zu summen. So verh alten sich zum Beispiel billige Computerlautsprecher bei einer bestimmten Frequenz.
Der geringe Qualitätsfaktor der Lautsprecher ist meist sehr gut für das Lautsprechersystem. Allerdings können in unserer Zeit leider auch relativ teure Tonübertragungsgeräte recht hochwertig sein. Beispielsweise sind bei Geräten, die in einem Geschäft zu einem Preis von etwa 5 bis 6 Tausend Rubel verkauft werden, Schallgeber für diesen Indikator häufig völlig ungeeignet. Sie haben es normalerweise zu hoch.
Bei alledem erzeugen teure Lautsprecher mit hohem Gütefaktor oft einen recht hochwertigen Klang. Der Punkt liegt hier vor allem darin, dass solche Geräte meist auch eine eher niedrige Resonanzfrequenz haben. Unter dieser Bedingung wird Rauschen nicht besonders gut wahrgenommen.akustisch geschultes menschliches Ohr, nicht als lästiges "Stören", sondern einfach als sehr kräftiger Ton. Solcher „Schmutz“wird besonders beim Hören einfacher Musik, zum Beispiel moderner Popmusik, nicht wahrnehmbar. Das Brummen geht also in diesem Fall durch die „richtige“Frequenz.
Wovon hängt noch alles ab
Design hat somit einen großen Einfluss auf den Qualitätsfaktor des Lautsprechers. Außerdem hängt dieser Indikator für solche Geräte ab von:
- Die Kraft seines Motors. Je höher dieses Merkmal ist, desto geringer ist der Gütefaktor des Kopfes.
- Massenhafte Bewegung. Mit einer Erhöhung dieses Indikators werden die Anstrengungen des Motors in der Schallübertragungsvorrichtung weniger wahrnehmbar. Dadurch steigen die Reibungsverluste. Dadurch steigt der Qualitätsfaktor des Gerätes.
- Drahtdurchmesser. Für den Fall, dass die Drähte im Lautsprecher einen großen Widerstand leisten, erhöht sich der elektrische Qualitätsfaktor des Geräts. Tatsächlich sinkt in diesem Fall die Belastung des Lautsprechers, der eine Art Generator ist.
Wie man den Qualitätsfaktor misst: Formeln
Zu Hause wird diese Lautsprechereinstellung oft mit einem einfachen Wechselstrom-Millivoltmeter berechnet. Auch für dieses Verfahren werden eine Platine und ein 1000-Ohm-Widerstand vorbereitet, um den Strom durch den Lautsprecher zu stabilisieren. Außerdem benötigen Sie bei dieser Technik einen Softwaregenerator von einem Computer und einen Leistungsverstärker (um dem Lautsprecher ein Signal zuzuführen). Das Verfahren zur Messung des Qualitätsfaktors mit solchen Geräten wird wie folgt durchgeführt:
- der Lautsprecher hängt im freien Zustand, zum Beispiel an einem Seil;
- Sammlung des Schemas.
Vor dem Zusammenbau der Sch altung wird ein Diagramm erstellt, in dem die Spannung in Millivolt (100, 200, 300) entlang der y-Achse aufgetragen ist. Gleichzeitig wird die Frequenz auf x angezeigt (10, 20, 30 … 140 usw.). Als nächstes bauen sie eine Sch altung zusammen, in der das Signal vom Verstärker zum Widerstand geführt wird und dann zum Lautsprecher geht.
Nächster Schritt:
- einen Millivoltmeter in den Stromkreis an den Punkten a und c einbauen und die Spannung auf 10-20 V bei einer Frequenz von 500-1000 Hertz einstellen;
- Schließen Sie ein Voltmeter an die Punkte in und c an, indem Sie den Generator einstellen und die Frequenz finden, bei der die Voltwerte maximal sind (Fs);
- ändere die Frequenz im Verhältnis zu Fs und finde Punkte, an denen die Voltmeterwerte viel kleiner als Fs und konstant (Um) sind.
Messen Sie die Spannung bei einer bestimmten Frequenz des Lautsprechers und erstellen Sie das entsprechende Diagramm. Der nächste Schritt besteht darin, den Mittelwert zwischen der minimalen Spannung und dem Maximum zu finden. In diesem Fall wird die Formel U1/2=√UmaxUmin verwendet. Der resultierende Wert in Form einer horizontalen Linie wird in das Diagramm übertragen und die Schnittpunkte mit den Linien des Verhältnisses F1 und F2 (mit den entsprechenden Häufigkeitsindikatoren) werden gefunden.
Bestimmen Sie als Nächstes den akustischen Qualitätsfaktor mit der Formel Qa=√Umax/UminFs/F2-F1, wobei Fs der Frequenzwert bei den maximalen Millivoltmeter-Messwerten ist. Dann finden Sie die elektrische Güte:
Qes=QaUmin/(Umax-Umin).
Danach wird der Gesamtgütefaktor des Sprechers berechnet:
Qts=QaQes/(Qa+Qes).
Der nächste Schritt besteht darin, ein Diagramm für den zweiten Sprecher zu erstellen und die gleichen Berechnungen durchzuführen.
Welche anderen Parameter können gemessen werden
Was ist das - der Qualitätsfaktor der Lautsprecher, haben wir herausgefunden. Dieser Indikator wird normalerweise bei der Auswahl des am besten geeigneten Designs und der Gest altung von Akustiksystemen bestimmt. Damit die Lautsprecher anschließend den Ton in höchster Qualität übertragen, müssen in diesem Fall Berechnungen nach einigen anderen Indikatoren durchgeführt werden.
Bei der Auswahl eines akustischen Designs werden immer die sogenannten Thiel-Small-Parameter berücksichtigt. Eine dieser Eigenschaften ist genau der Qualitätsfaktor, der, wie wir herausgefunden haben, Qts genannt wird. Bei der Auswahl des akustischen Designs sollten auch solche Indikatoren des Fahrzeugs wie:
- Resonanzfrequenz Fs;
- Vas Federung der Lautsprecheraufhängung.
Zusätzlich zu den drei Hauptmerkmalen können Spezialisten bei der Berechnung des Designs von Akustiksystemen folgende Parameter verwenden:
- Diffusorfläche und Durchmesser;
- Induktivität;
- Empfindlichkeit;
- Impedanz;
- Spitzenleistung;
- Masse des mobilen Systems;
- Motorleistung;
- mechanischer Widerstand;
- relative Härte usw.
Es wird angenommen, dass die meistendiese Eigenschaften können mit nicht besonders ausgefeilten Messinstrumenten leicht zu Hause gemessen werden.
Resonanzfrequenz
Der Lautsprecher ist, wie wir herausgefunden haben, ein schwingungsfähiges System. Sich selbst überlassen, schwingt sein Diffusor mit einer bestimmten Frequenz, wenn er ihm ausgesetzt wird. Das heißt, sie verhält sich ähnlich wie eine Saite nach einem Zupfen oder beispielsweise eine Glocke nach einem Anschlag.
Es wird angenommen, dass die Resonanzfrequenz sein kann:
- für nicht im Gehäuse verbaute Subwooferköpfe - 20-50 Hz;
- Mitbass-Lautsprecher - 50-120Hz;
- Hochtöner - 1000-2000 Hz;
- Diffusormitteltöner - 100-200 Hz;
- Kuppel - 400-800 Hz.
Sie können die Resonanzfrequenz eines Lautsprechers beispielsweise messen, indem Sie ein Tongeneratorsignal durch ihn leiten (indem Sie einen Widerstand in Reihe sch alten) oder durch andere ähnliche Methoden. Dieser Indikator wird durch die Spitzenimpedanz des Geräts bestimmt.
Vas-Punktzahl
Dieser Parameter für Lautsprecher kann auf zwei Arten gemessen werden:
- zusätzliche Masse;
- zusätzliche Lautstärke.
Im ersten Fall werden Messungen mit einer Art Gewicht durchgeführt (10 Gramm pro Zoll Diffusordurchmesser). Das können zum Beispiel Gewichte von Apothekenwaagen oder alte Münzen sein, deren Stückelung ihrem Gewicht entspricht. Der Diffusor wird mit solchen Objekten beladen und seine Frequenz gemessen. WeiterFühren Sie die erforderlichen Berechnungen mit den Formeln durch.
Bei der Methode der Zusatzlautstärke wird der Schallgeber in einer speziellen Messbox mit außenliegendem Magnet hermetisch fixiert. Als nächstes wird die Resonanzfrequenz gemessen und die elektrischen und mechanischen Qualitätsfaktoren des Lautsprechers sowie die Summe berechnet. Dann bestimmt die Formel unter Berücksichtigung der erh altenen Daten Vas.
Es wird angenommen, dass je kleiner Vas, ceteris paribus, desto kompaktere Bauweise für den Lautsprecher verwendet werden kann. Normalerweise sind kleine Werte dieses Parameters bei gleicher Resonanzfrequenz das Ergebnis einer Kombination aus einem schwer beweglichen System und einer starren Aufhängung.
Methoden zur Messung zusätzlicher Parameter
Wie bereits erwähnt, können neben den drei Hauptmerkmalen des Fahrzeugs noch weitere Indikatoren bei der Auslegung von Akustiksystemen herangezogen werden. Beispielsweise wird der Widerstand der Kopfwicklung gegen Gleichstrom Re bei einer Frequenz nahe 0 Hz oder einfach mit einem Ohmmeter gemessen.
Die Diffusorfläche Sd oder, wie sie auch effektive Abstrahlfläche genannt wird, fällt bei tiefen Frequenzen mit der konstruktiven zusammen. Dieser Parameter wird mit der einfachen Formel Sd=nR2 gefunden. Als Radius wird dabei der halbe Abstand von der Mitte der Gummiaufhängung entlang der Breite von einer Seite bis zur Mitte der gegenüberliegenden Seite genommen. Das liegt vor allem daran, dass die halbe Breite der Aufhängung auch eine strahlende Fläche ist.
Was Sie wissen müssen
Die richtige Messung der Parameter des Fahrzeugs, einschließlich des Qualitätsfaktors, ist bei der Konstruktion von Akustiksystemen sehr wichtig. VermeidenBei großen Fehlern muss der Lautsprecher vor der Messung „gestreckt“werden. Tatsache ist, dass bei Geräten dieses Typs, die neu sind oder seit einiger Zeit nicht mehr verwendet werden, die Parameter des Fahrzeugs erheblich von den vor Beginn der Geräteberechnungen verwendeten Indikatoren abweichen können.
Sie können die Lautsprecher vor Messungen "kneten", zB mit Sinussignalen, nur Musik, weißes und rosa Rauschen, Testscheiben. Gleichzeitig sollte das Verfahren für eine solche Vorbereitung des Geräts laut Experten mindestens einen Tag dauern.
Arten der akustischen Gest altung
Die derzeit beliebtesten Arten von Lautsprecherboxen sind geschlossene Boxen und Bassreflexboxen. Die erste Art des Designs gilt als die einfachste. Strukturell ist eine geschlossene Box eine Box mit 6 Wänden. Die Vorteile einer solchen Konstruktion sind vor allem Kompaktheit, einfache Montage, gute Impulseigenschaften, schneller und klarer Bass. Als Nachteil geschlossener Boxen wird ein geringer Wirkungsgrad angesehen. Dieses Design ist nicht geeignet, um hohen Schalldruck zu erzeugen. Geschlossene Boxen werden normalerweise zum Hören von Jazz-, Rock- und Clubmusik verwendet.
Phasenwender sind eine ziemlich komplexe Konstruktionsart. Sie bestehen in der Regel aus Kunststoff. Gleichzeitig haben Phaseninverter einen hohen Wirkungsgrad und ermöglichen zudem eine schnelle Abkühlung des Lautsprechers. Außerdem kann dieses Design bei Bedarf einfach neu konfiguriert werden.
Manchmal ein offenesakustische Gest altung. Dabei ist die Rückwand der schallabstrahlenden Fläche des Diffusors nicht von der Front getrennt. Meistens ist eine offene Kiste eine Kiste, die keine Rückwand hat (oder viele Löcher darin hat).
Horndesign für Köpfe wird am häufigsten in Kombination mit anderen Typen verwendet. In einigen Fällen können solche Designs jedoch zu 100 % original sein. Solche Systeme werden beispielsweise für Low-Q-Lautsprecher verwendet. Ein akustisches Design dieser Art hat viele Vorteile. Sein Hauptvorteil ist die hohe Lautstärke. Zu den Nachteilen dieses Designs gehören gleichzeitig die Unmöglichkeit, einen gleichmäßigen Frequenzgang, eine geringe Lautstärke usw. zu erh alten.
Qualität und Design der Lautsprecher
Es wird angenommen, dass Köpfe mit Fs / Qts>50 in geschlossenen Gehäusen verwendet werden sollten, Fs / Qts>85 - mit Phaseninvertern, Fs / Qts>105 - mit Bandpassresonatoren, Fs / Qts>30 - mit Bildschirmen und offenen Boxen.
Das akustische Design von Lautsprechern können Sie, wie bereits erwähnt, einfach nach ihrem Qualitätsfaktor wählen. Zum Beispiel werden Köpfe mit Qts> 1, 2 am häufigsten für offene Boxen verwendet. Der optimale Qualitätsfaktor für sie ist 2, 4. Lautsprecher mit Qts<0, 8-1, 0 sind für geschlossene Boxen ausgelegt. In diesem Fall ist der optimale Indikator, wie wir bereits herausgefunden haben, 0,5-0,6.
Der Qualitätsfaktor der Lautsprecher für einen Phasenwender sollte sein: Qts<0, 6. Optimal ist in diesem Fall 0,4 Geräte mit Qts<0.4 sind geeignet fürMundstücke.
Qualitätsfaktor ändern, verringern oder erhöhen
Manchmal muss dieser Parameter erhöht oder verringert werden, damit Tonübertragungsgeräte besser funktionieren. Nicht selten interessieren sich beispielsweise Meister dafür, wie man den Qualitätsfaktor eines Lautsprechers reduzieren kann. Diese Aufgabe kann tatsächlich sehr schwierig sein. Um den Qualitätsfaktor des Lautsprechers zu reduzieren, ist es normalerweise notwendig, seinen Motor radikal zu verändern. Und das ist natürlich ein ziemlich kompliziertes Verfahren und in den meisten Fällen nicht sehr gerechtfertigt.
Manche Experten weisen darauf hin, dass man durch das Aufkleben eines Magneten den Qualitätsfaktor der Lautsprecher reduzieren kann. In diesem Fall ändert sich der Indikator jedoch um nicht mehr als 5-10%. Außerdem ist diese Methode nur geeignet, wenn der lautsprechereigene Magnet sehr schwach ist.
Auch die Antwort auf die Frage, wie man den Qualitätsfaktor des Lautsprechers senken kann, kann es andere Technologien geben. Dies kann beispielsweise folgendermaßen erfolgen:
- Resonatoren verwenden;
- Diffusor-Imprägnierung;
- Schneiden von Sektoren zum Beispiel nach der Ephrussi-Methode.
Die Antwort auf die Frage, wie man den Qualitätsfaktor des Lautsprechers erhöhen kann, ist ganz einfach. Wie wir oben bereits herausgefunden haben, müssen Sie dazu normalerweise nur die Masse der Bewegung des Geräts erhöhen.
