1. Fs — Резонансная частота частота основного резонанса динамика без всякого корпуса. Характеризует только сам динамик, а не готовую акустическую систему на его базе. При установке в любой объём может только возрастать.
2. Qts — полная добротность динамика, безразмерная величина, характеризующая относительные потери в динамике. Чем она ниже, тем больше подавлен резонанс излучения и тем выше пик сопротивления на импедансной кривой. При установке в закрытый ящик возрастает.
3. Vas — эквивалентный объём динамика. Равен объёму воздуха с такой же жёсткостью, что и у подвеса. Чем жёстче подвес, тем меньше Vas. При одной и той же жёсткости Vas растёт с ростом площади диффузора.
4. Qms — Механическая добротность
5. Qes Электрическая добротность
Fc Резонансная частота акустической ситемы
Qt — полная добротность акустической ситемы — оптимально 0,71
Fc =√ 1+Vas/Vbox = Fs * Qt / Qts
Параметры Тиля – Смолла. а именно что такое: fs, qes, qms, qts, vas
«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.
Vas — Эквивалентный объем (объем воздуха (в м?), который, при воздействии на него поршня площадью Sd, обладает гибкостью, равной гибкости подвеса).
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.
Что такое полная добротность динамика Qts и из чего она состоит?
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)
Рассчитать Qts можно как 1/Qts = 1/Qes + 1/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.
Qts — полная добротность
Полная добротность (Qts) — это упругость (контроль) динамика в районе резонансной частоты (Fs).
Другими словами — чем выше добротность, тем сильнее «болтается» саб в районе своей резонансной частоты (Fs), а чем ниже, тем эффективнее колебания гасятся (контролируются).
Складывается из механической добротности, которая зависит в основном от материала центрирующей шайбы, а не подвеса диффузора, как многие думают и электрической добротности, зависящей от величины магнита, длины обмотки катушки и ширины зазора в магнитной системе. От полной добротности механическая составляет 10-15%, а электрическая 90-85%, соответственно.
Низкой добротностью считается значение 0.3-0.35, высокой — 0.5-0.6.
Qts — полная добротность на частоте Fs,
Fs — резонансная частота динамика, Гц,
Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг,
Rms — механическое сопротивление подвеса подвижной системы (определяет «потери» в подвесе), Н·с/м,
Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг,
Fs — резонансная частота динамика, Гц,
Re — сопротивление звуковой катушки, Ом,
Bl — коэффициент электромеханической связи (индукция поля в магнитном зазоре умноженная на длину провода звуковой катушки), Тл·м.
Vas — эквивалентный объем
Эквивалентный объем (Vas) — объем воздуха в корпусе, обладающий той же упругостью, что и сабвуфер. Зависит от жесткости подвеса и площади диффузора (диаметра) динамика.
Чем больше диаметр и мягче сабвуфер, тем больше Vas.
Нужно отметить особенность связи Vas и Fs. Так как, резонансная частота (Fs) определяется жесткостью подвеса и массой подвижной системы, а эквивалентный объем (Vas) — диаметром диффузора и той же массой подвижки, может получится, что два сабвуфера одного диаметра и с одинаковой Fs будут совершенно разными — один тяжелый и жесткий, другой легкий и мягкий. Соответственно, эквивалентный объем для этих динамиков будет совершенно разным, как и размер правильного корпуса — вот почему данный параметр очень важен при расчетах короба для саба.
Vas — эквивалентный объем, л,
- ρ— 1,18421 кг/м³ — плотность воздуха при температуре 25 °C и влажности 0 %,
- с— 346,1 м/с — скорость звука при 25 °C,
- Sd— площадь диффузора, м.
Vas — эквивалентный объем
Эквивалентный объем — объем воздуха при монтаже головки в закрытый ящик, обладающий той же упругостью, что и подвижная система головки. Чем больше диаметр и мягче подвижная система, тем больше получается Vas. Хотя, определяя эквивалентный объем, мы говорили о закрытом ящике, этот параметр используется и при расчете других акустических оформлений и входит в список основных параметров Тиля-Смолла.
Для нашего героя — 800ГДН14-8 — эквивалентный объем равен 327 л. Немало!
Итак, мы разобрали основные параметры, для расчета акустического оформления, однако в формулах и программном обеспечении применяются и дополнительные. Их тоже стоит назвать, а лучше перечислить сразу все:
- Резонансная частота головки в герцах — Fs (Гц)
- Активное сопротивление катушки — Re (Ом)
- Полная добротность головки на частоте Fs — Qts
- Электрическая добротность головки на частоте Fs — Qes
- Механическая добротность головки на частоте Fs — Qms
- Эквивалентный объем головки — Vas (Л)
- Диаметр диффузора — Dia (мм)
- Двигательная мощность головки — BL (Тл/м)
- Масса подвижной системы головки — Mms (г)
- Гибкость подвеса подвижной системы головки — Cms (мм/Н)
- Индуктивность звуковой катушки головки — Le (мГн)
- Максимальное линейное смещение подвижной системы — Хmах (мм)
- Максимальное смещение подвижной системы от центрального положения в одну сторону — Xmeh (мм)
Сопротивление, или импеданс динамической головки
Хотя в обыденной речи слова «сопротивление» и «импеданс» являются синонимами, при описании динамических головок первый термин принято относить к сопротивлению звуковой катушки постоянному току, а второй применять для описания зависимости ее сопротивления переменному сигналу в рабочем диапазоне частот.
В физике этого разделения также придерживаются и определяют «импеданс» как комплексное сопротивление между двумя узлами цепи или двухполюсника для гармонического сигнала, а сопротивление – как свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока.
Таким образом, сопротивление динамической головки обычно выражают числовым значением в омах, а для описания импеданса используется графическая форма представления (где по вертикальной оси отображают сопротивление, а по горизонтальной частоту).
Если сделать измерения и построить график импеданса для реальной динамической головки можно увидеть, что на ее резонансной частоте сопротивление будет максимальным. Собственно говоря, по этому графику мы и можем определить Fs.
Данный подход заложен в большое количество программных продуктов для проведения измерений параметров динамических головок и акустических систем. Обзор их и ссылки на скачивание вы найдете в нашем PDF-отчете «Лучшие сервисы и софт для разработки акустики».
Кривые импеданса используют при проектировании акустического оформления динамических головок. Сопротивление постоянному току обычно указывается в паспортных данных (как правило, от 4 до 16 Ом, но бывают и исключения). Сразу хочу сказать, что указанное в паспорте сопротивление часто бывает неточным, и при расчетах его стоит перепроверять, не полагаясь на производителя динамической головки.
Статьи
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 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.
Нахождение Vas 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 Fs. 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.
Затем необходимо рассчитать Cms на основе полученных результатов по формуле:
где М — масса добавленных грузиков в килограммах.
Исходя из полученных результатов Vas(м3) рассчитывается по формуле:
Нахождение Vas 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 Vb.
Затем нужно произвести измерения Fс (резонансной частоты динамика в закрытом ящике) и, соответственно, вычислить Qmc, Qec и Qtc. 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 Cms
Где Sd – 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.
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:
- Мощный мотор. Низкая добротность будет у динамика, у которого имеется мощная катушка.
- Жесткость подвеса. Высокая добротность у динамика, имеющего большую жесткость. У него остаётся больше энергии в подвесах и центровочных шайбах.
- Масса подвижной системы. С массивным подвесом (утяжеленном диффузором и дополнительными центровочными шайбами) «мотору» тяжелее работать, а потери на «трение» возрастают — добротность будет расти, а резонанс падать (резонансная частота будет ниже).
- Провода. При большом сопротивлении проводов — увеличивается добротность. К примеру, добротность динамика будет больше в два раза, если к динамику, с сопротивлением катушки 4 Ома, подключать провода с сопротивлением 4 Ома.
- Оформление корпуса. В «закрытом ящике» воздух «заперт» и он создаёт дополнительное сопротивление диффузору. Жесткость подвеса больше, а соответственно, растёт и добротность. В акустике с фазоинвертором практически так же. Но тут уже будет две добротности — одна от динамика, вторая от самого корпуса.
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:
- — около 0,5, то можно получить хорошие импульсные характеристики;
- — при 0,5-0,6, от динамиков можно получить характерные басы, которые любят аудиофилы;
- — если показатель 0,7, то амплитудно-частотная характеристика становится практически ровной;
- — 0,85-0,9 — тут басы могут становиться «упругими» и «рельефными», диффузор динамика может, как бы, едва шевелиться, но звук будет красочный, «правильный»;
- — получается — 1,0. В срезе АЧХ появляется так называемый «горб» (динамик входит в резонанс), который уже может вносить в звук слышимые искажения в виде «хлесткого звука». Резонансная частота динамика как раз здесь и проявляется;
- — растёт выше 1, то «горбик» в АЧХ растёт ещё больше (может даже в прогрессии), и динамики начинают издавать разного рода «гудение», «бубнение».
Идеальным показателем добротности динамика считается:
- для закрытого ящика — должна быть примерно 0,5-0,6;
- для акустики с фазоинвертором — оптимальным 0,3-0,5.
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 никому, 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.
