J'ai donc décidé d'écrire moi-même un article, ce qui est très important pour les acoustiques. Dans cet article, je veux décrire comment mesurer les paramètres les plus importants des têtes dynamiques - les paramètres Thiel-Small.

Rappelles toi! La technique ci-dessous n'est valable que pour mesurer les paramètres Thiel-Small des haut-parleurs avec des fréquences de résonance inférieures à 100 Hz (c'est-à-dire des woofers), à des fréquences plus élevées, l'erreur augmente.

Les paramètres les plus élémentaires Thiel-Petit, à partir duquel il est possible de calculer et de produire conception acoustique(en d'autres termes - une boîte) sont :

• Fréquence de résonance du haut-parleur F s (Hertz)
• Volume équivalent V as (litres ou pieds cubes)
• Facteur de qualité total Q ts
• La résistance courant continu Re (ohm)

Pour une approche plus sérieuse, il vous faudra aussi savoir :

• Facteur de qualité mécanique Q ms
• Facteur de qualité électrique Q es
• Surface du diffuseur S d (m 2) ou son diamètre Dia (cm)
• Sensibilité SPL (dB)
• Inductance Le (Henri)
• Impédance Z (Ohm)
• Puissance crête Pe (Watts)
• Masse du système mobile M ms (g)
• Rigidité relative (flexibilité mécanique) C ms (mètres/newton)
• Résistance mécanique R ms (kg/s)
• Puissance du moteur (produit de l'inductance dans l'entrefer magnétique et de la longueur du fil de la bobine mobile) BL (Tesla*m)

La plupart de ces paramètres peuvent être mesurés ou calculés à la maison à l'aide d'instruments de mesure peu sophistiqués et d'un ordinateur ou d'une calculatrice qui peuvent prendre racine et monter à une puissance. Pour une approche encore plus sérieuse de la conception de la conception acoustique et de la prise en compte des caractéristiques des enceintes, je recommande de lire une littérature plus sérieuse. L'auteur de ce "travail" ne prétend pas avoir de connaissances particulières dans le domaine de la théorie, et tout ce qui est dit ici est une compilation de diverses sources - étrangères et russes.

Mesure des paramètres de Thiel-Small Re , F s , F c , Q es , Q ms , Q ts , Q tc , V as , C ms , S d , M ms .

Pour mesurer ces paramètres, vous aurez besoin du matériel suivant :

1. Voltmètre
2. Générateur de signal fréquence audio. Programmes générateurs appropriés qui génèrent les fréquences nécessaires. Taper Générateur de fonctions Marchand ou Générateur de tonalité NCH. Comme il n'est pas toujours possible de trouver un fréquencemètre chez soi, vous pouvez faire entièrement confiance à ces programmes et à votre carte son installé sur l'ordinateur.
3. Résistance puissante (au moins 5 watts) de 1000 ohms
4. Résistance précise (+- 1%) de 10 ohms
5. Fils, pinces et autres déchets pour connecter le tout en un seul circuit.

Schéma de mesures

Étalonnage:

Vous devez d'abord calibrer le voltmètre. Pour ce faire, à la place du haut-parleur, une résistance de 10 ohms est connectée et en sélectionnant la tension fournie par le générateur, il faut atteindre une tension de 0,01 volt. Si la résistance est d'une valeur différente, la tension doit correspondre à 1/1000 de la valeur de résistance en Ohms. Par exemple, pour une résistance d'étalonnage de 4 ohms, la tension doit être de 0,004 volt. Rappelles toi! Après l'étalonnage, il est IMPOSSIBLE d'ajuster la tension de sortie du générateur tant que toutes les mesures ne sont pas terminées.

Trouver Re

Maintenant, en connectant un haut-parleur à la place d'une résistance de calibrage et en fixant une fréquence proche de 0 hertz sur le générateur, on peut déterminer sa résistance en courant continu Re. Ce sera la lecture du voltmètre multipliée par 1000. Cependant, Re peut également être mesuré directement avec un ohmmètre.

Trouver Fs et Rmax

Le haut-parleur pendant cette mesure et toutes les mesures ultérieures doit être dans un espace libre. La fréquence de résonance d'un haut-parleur est déterminée à partir de son impédance maximale (caractéristique Z). Pour le trouver, changez doucement la fréquence du générateur et regardez les lectures du voltmètre. La fréquence à laquelle la tension sur le voltmètre sera maximale (un nouveau changement de fréquence entraînera une chute de tension) sera la fréquence de résonance principale de cette enceinte. Pour les haut-parleurs de plus de 16 cm de diamètre, cette fréquence doit être inférieure à 100 Hz. N'oubliez pas de noter non seulement la fréquence, mais également les lectures du voltmètre. Multipliés par 1000, ils donneront l'impédance du haut-parleur à la fréquence de résonance, Rmax, nécessaire pour calculer les autres paramètres.

Trouver Q ms , Q es et Q ts

Ces paramètres sont trouvés par les formules suivantes :

Comme vous pouvez le voir, il s'agit d'une découverte séquentielle options additionelles R o , R x et mesure des fréquences F 1 et F 2 jusqu'alors inconnues. Ce sont les fréquences auxquelles l'impédance du haut-parleur est Rx. Étant donné que Rx est toujours inférieur à Rmax, il y aura alors deux fréquences - l'une légèrement inférieure à Fs et l'autre un peu plus grande. Vous pouvez vérifier si vos mesures sont correctes avec la formule suivante :

Si le résultat calculé diffère de celui précédemment trouvé de plus de 1 hertz, vous devez tout répéter depuis le début et plus précisément. Ainsi, nous avons trouvé et calculé plusieurs paramètres de base et pouvons en tirer des conclusions :

1. Si la fréquence de résonance du haut-parleur est supérieure à 50 Hz, alors il a le droit de prétendre fonctionner au mieux comme un grave médium. Vous pouvez immédiatement oublier le subwoofer sur un tel haut-parleur.
2. Si la fréquence de résonance du haut-parleur est supérieure à 100 Hz, il ne s'agit pas du tout d'un haut-parleur basse fréquence. Vous pouvez l'utiliser pour reproduire les fréquences moyennes dans les systèmes à 3 voies.
3. Si le rapport F s /Q ts du haut-parleur est inférieur à 50, alors ce haut-parleur est prévu pour fonctionner exclusivement en caisson fermé. Si plus de 100 - exclusivement pour travailler avec un inverseur de phase ou en passe-bande. Si la valeur est comprise entre 50 et 100, vous devez alors examiner attentivement d'autres paramètres - à quel type de conception acoustique l'enceinte a tendance. Il est préférable d'utiliser des programmes informatiques spéciaux pour cela, qui peuvent simuler graphiquement la sortie acoustique d'un tel haut-parleur dans une conception acoustique différente. Certes, on ne peut pas se passer d'autres paramètres non moins importants - V as , S d , C ms et L.

Trouver Sd

C'est la surface rayonnante dite effective du diffuseur. Pour les fréquences les plus basses (dans la zone d'action du piston), elle coïncide avec celle de conception et est égale à :

Le rayon R dans ce cas sera la moitié de la distance entre le milieu de la largeur de la suspension en caoutchouc d'un côté et le milieu de la suspension en caoutchouc du côté opposé. Cela est dû au fait que la moitié de la largeur de la suspension en caoutchouc est également une surface rayonnante. Notez que l'unité pour cette zone est le mètre carré. En conséquence, le rayon doit y être substitué en mètres.

Trouver l'inductance de la bobine du haut-parleur L

Cela nécessite les résultats de l'une des lectures du tout premier test. Vous aurez besoin de l'impédance (impédance) de la bobine mobile à une fréquence d'environ 1000 Hz. La composante réactive (X L) étant séparée de la composante active R e d'un angle de 90°, on peut utiliser le théorème de Pythagore :

Puisque Z (impédance de la bobine à une certaine fréquence) et Re (résistance CC de la bobine) sont connues, la formule se traduit par :

Ayant trouvé la réactance X L à la fréquence F, nous pouvons calculer l'inductance elle-même en utilisant la formule :

Mesures Vas

Il existe plusieurs façons de mesurer le volume équivalent, mais deux sont plus faciles à utiliser à la maison : la méthode "Masse ajoutée" et la méthode "Volume ajouté". Le premier d'entre eux nécessite plusieurs poids d'un poids connu à partir de matériaux. Vous pouvez utiliser un ensemble de poids provenant de balances de pharmacie ou utiliser d'anciennes pièces de monnaie en cuivre de 1,2,3 et 5 kopecks, car le poids d'une telle pièce en grammes correspond à la valeur nominale. La deuxième méthode nécessite une boîte hermétique de volume connu avec un trou de haut-parleur approprié. (mospagebreak)

Trouver V comme par la méthode de la masse supplémentaire

Vous devez d'abord charger uniformément le diffuseur avec des poids et mesurer à nouveau sa fréquence de résonance, en l'écrivant comme F "s. Il doit être inférieur à F s. Il est préférable que la nouvelle fréquence de résonance soit inférieure de 30% à 50%. Le poids des poids est pris environ 10 grammes pour chaque pouce de diamètre de cône. Autrement dit, pour une tête de 12", un poids d'environ 120 grammes est nécessaire.

où M est la masse des poids ajoutés en kilogrammes.

Sur la base des résultats obtenus, V as (m 3) est calculé par la formule :

Trouver V comme par la méthode du volume supplémentaire

Il est nécessaire de fixer hermétiquement le haut-parleur dans le boîtier de mesure. Il est préférable de le faire avec l'aimant vers l'extérieur, car le haut-parleur ne se soucie pas de quel côté il a du volume, et il vous sera plus facile de connecter les fils. Et il y a moins de trous supplémentaires. Le volume de la boîte est indiqué par V b .

Ensuite, vous devez mesurer Fc ( fréquence de résonance dynamique dans une boîte fermée) et, en conséquence, calculez Q mc , Q ec et Q tc . La technique de mesure est tout à fait similaire à celle décrite ci-dessus. Ensuite, le volume équivalent est trouvé à l'aide de la formule :

Les données obtenues à la suite de toutes ces mesures sont suffisantes pour un calcul ultérieur de la conception acoustique de la liaison basse fréquence. haute société. Mais la façon dont il est calculé est une toute autre histoire.

Détermination de la flexibilité mécanique C ms

Où S d est la surface effective d'un diffuseur avec un diamètre nominal D. Comment calculer est écrit plus tôt.

Détermination de la masse du système mobile Mms

Il se calcule facilement à l'aide de la formule :

Puissance du moteur (produit de l'inductance dans l'entrefer magnétique et de la longueur du fil de la bobine mobile) BL

Surtout, n'oubliez pas que pour des mesures plus précises des paramètres Thiel-Small, il est nécessaire de réaliser l'expérience plusieurs fois, puis, en faisant la moyenne, d'obtenir des valeurs plus précises.

Le subwoofer est un élément séparé système acoustique conçu pour reproduire les basses fréquences de la gamme audio (généralement 20-120Hz).

Afin d'obtenir de bonnes fréquences basses sur des enceintes classiques (sans subwoofer), assez larges et haut-parleurs puissants. De plus, les haut-parleurs avec de bons bas seront assez chers. L'utilisation d'un subwoofer vous permettra de décharger les enceintes dans les basses fréquences. Et comme l'ouïe humaine ne peut pas reconnaître la direction du son à basse fréquence, vous n'avez besoin que d'un seul subwoofer et vous pouvez le placer dans presque n'importe quel endroit pratique de la pièce. La qualité du son augmentera quelque peu, car vous n'aurez pas à surcharger les haut-parleurs avec des basses haute puissance, et donc la quantité de distorsion sera réduite. De plus, les haut-parleurs se révéleront beaucoup plus petits, car le tweeter (le soi-disant "tweeter") n'a pas du tout besoin de volume, et le haut-parleur de médium en a très peu besoin.

Le subwoofer peut également être utilisé avec des enceintes que vous possédez déjà, qui, bien sûr, ne permettent pas de profiter de basses puissantes. Je pense que tu voulais déjà le faire. Alors, pour commencer, un peu de théorie .... Pour obtenir un son de haute qualité avec n'importe quel haut-parleur fait maison, vous devez d'abord connaître un peu de théorie. Et faire des choix. Je veux dire le type de tiroir et de tête.

Ci-dessous, nous examinerons les trois principaux types de boîtiers les plus couramment utilisés dans les subwoofers et la conception. tête basse fréquence systèmes de haut-parleurs multibandes. Les conceptions plus complexes sont difficiles à fabriquer et à personnaliser. De plus, ils sont très critiques pour la précision des calculs et sont parfois trop encombrants pour la maison.

À propos des boîtes

Ici, nous allons examiner les trois principaux types de boîtiers utilisés dans les subwoofers (ainsi que dans d'autres enceintes). Mais d'abord, un peu sur le but et la fonction de n'importe quelle boîte. La tête acoustique émet un son non seulement "vers l'avant" mais aussi vers l'arrière, tandis que les ondes sonores avant et arrière sont en phase opposée. À cet égard, il existe un terme "fermeture acoustique" dans lequel les ondes des deux côtés du diffuseur s'additionnent et (si elles sont en opposition de phase) s'annulent. Dans ce cas, idéalement, vous n'entendrez rien du tout, mais en pratique le son le sera, mais très loin de l'original. Le boîtier du système acoustique permet d'éliminer ce court-circuit et de donner au son les caractéristiques requises en termes de puissance et de fréquence.

Il existe trois types de conception acoustique : A savoir, ce sont le Closed Box, le Phase Inverter et le Bandpass... Arrêtons-nous un peu plus en détail sur eux.

Boîte fermée (ZYa) - boîte scellée

C'est le type de conception d'enceinte acoustique le plus simple à fabriquer. Les oscillations dans une telle boîte se font dans un volume fermé et sont finalement amorties. Mais comme l'onde sonore est de l'énergie, lorsqu'elle se désintègre, elle se transforme en chaleur. Et bien que la quantité de cette chaleur soit faible, elle affecte toujours les performances du système d'enceintes. (l'air plus chaud se dilate et augmente la rigidité du système). Pour éviter cet effet, le matériau insonorisant est rempli de l'intérieur d'un matériau insonorisant qui, en absorbant le son, absorbe également la chaleur. L'augmentation de la température de l'air devient beaucoup plus faible et il "semble" à la dynamique qu'il y a derrière elle un volume nettement plus important qu'il ne l'est réellement. En pratique, il est ainsi possible d'obtenir une augmentation du volume "acoustique" de la boîte par rapport au volume géométrique de 15 à 20%.

Malgré la simplicité de cette conception, elle présente de nombreux avantages. Premièrement, la simplicité de calcul des caractéristiques. Il n'y a qu'un seul paramètre ici - le volume. Deuxièmement, dans toute la gamme de fréquences, les oscillations du diffuseur sont limitées par la réaction élastique du volume d'air. Cela réduit considérablement le risque de surcharge des haut-parleurs et de dommages mécaniques. Je ne sais pas à quel point cela semble réconfortant, mais pour les passionnés de basses, les haut-parleurs dans des boîtiers fermés brûlent parfois, mais ne "crachent" presque jamais. Troisièmement, avec un choix compétent de paramètres de tête et de volume, une boîte fermée n'a pas d'égal dans le domaine des réponses impulsionnelles, qui déterminent en grande partie la perception subjective des notes de basse.

La question naturelle est maintenant - alors quel est le piège ? Si tout est si bon, pourquoi avons-nous besoin de tous les autres types de conception acoustique ? Il n'y a qu'un seul truc. K.P.P. Dans une boîte fermée, c'est le plus petit par rapport à tout autre type de conception acoustique. Dans le même temps, plus on arrivera à réduire le volume de la box, tout en conservant la même plage de fréquence de travail, moins son efficacité sera grande. Il n'y a pas de créature plus insatiable en termes de puissance absorbée qu'une boîte fermée de petit volume, c'est pourquoi la dynamique en eux, comme on l'a dit, bien qu'ils ne crachent pas, brûle souvent.

Inverseur de phase (FI) - boîte ventilée

Le deuxième type de conception acoustique le plus courant. FI est plus humain par rapport au rayonnement de la face arrière du diffuseur. Dans un inverseur de phase, une partie de l'énergie qui est "placée contre le mur" dans une boîte fermée est utilisée à des fins pacifiques. Pour ce faire, le volume interne du caisson communique avec l'espace environnant par un tunnel contenant une certaine masse d'air. La valeur de cette masse est choisie de telle sorte que, combinée à l'élasticité de l'air à l'intérieur du caisson, crée un deuxième système oscillatoire qui reçoit l'énergie de la face arrière du diffuseur et la rayonne si nécessaire et en phase avec le rayonnement du diffuseur. Cet effet est obtenu dans une gamme de fréquences pas très large, d'une à deux octaves, mais à l'intérieur de celle-ci, l'efficacité augmente sensiblement.

En plus d'une plus grande efficacité l'inverseur de phase a un autre avantage majeur - près de la fréquence d'accord, l'amplitude des oscillations du cône est considérablement réduite. Cela peut à première vue sembler un paradoxe - comment avoir un gros trou dans une enceinte de haut-parleur peut retenir le mouvement d'un cône, mais c'est néanmoins une réalité. Dans sa plage de fonctionnement, l'inverseur de phase crée des conditions de serre complètes pour le haut-parleur, et exactement à la fréquence d'accord, l'amplitude d'oscillation est minimale et la majeure partie du son est émise par le tunnel. La puissance d'entrée admissible est maximale ici, et la distorsion introduite par le haut-parleur, au contraire, est minimale. Au-dessus de la fréquence d'accord, le tunnel devient de moins en moins "transparent" aux vibrations sonores, du fait de l'inertie de la masse d'air enfermée à l'intérieur, et le haut-parleur fonctionne en fermé. En dessous de la fréquence d'accord, l'inverse se produit: l'inertie de l'inertie disparaît progressivement et aux fréquences les plus basses, le haut-parleur fonctionne presque sans charge, c'est-à-dire comme s'il était sorti du boîtier. L'amplitude d'oscillation augmente rapidement, et avec elle le risque de recracher le cône ou d'endommager la bobine acoustique en heurtant le système magnétique. En général, s'il n'est pas protégé, opter pour une nouvelle enceinte devient une réelle perspective.

Un moyen de protection contre de tels troubles, en plus de la prudence dans le choix du niveau de volume, est l'utilisation de filtres de fréquences infra-basses. En coupant une partie du spectre où il n'y a toujours pas de signal utile (en dessous de 25 - 30 Hz), de tels filtres ne permettent pas au diffuseur de se déchaîner au péril de votre vie et de votre portefeuille.

L'inverseur de phase est beaucoup plus capricieux dans le choix des paramètres et de l'accord, puisque trois paramètres sont déjà sujets à sélection pour une enceinte spécifique : le volume du caisson, la section et la longueur du tunnel. Le tunnel est très souvent conçu de manière à ce que la longueur du tunnel puisse être ajustée pour un subwoofer déjà terminé en modifiant la fréquence d'accord.

Haut-parleur à bande-passe-bande.

Le troisième type de subwoofer utilisé assez souvent dans les installations automobiles (bien que moins fréquemment que les deux précédents) est le haut-parleur passe-bande. Si une boîte fermée et un inverseur de phase - filtres acoustiques tripler, alors le passe-bande, comme son nom l'indique, combine des filtres passe-haut et passe-bas. Le haut-parleur passe-bande le plus simple est un seul 4ème ordre (simple ventilé). Il se compose d'un volume fermé, le soi-disant. la chambre arrière et la seconde, équipée d'un tunnel, à la manière d'un inverseur de phase classique (chambre avant). Le haut-parleur est installé dans la cloison entre les chambres de sorte que les deux côtés du cône travaillent sur des volumes totalement ou partiellement fermés - d'où le terme "charge symétrique".

Parmi les conceptions traditionnelles, le haut-parleur passe-bande est sans aucun doute le champion de l'efficacité. Dans ce cas, l'efficacité est directement liée à la bande passante. La réponse en fréquence d'un haut-parleur passe-bande est en forme de cloche. En choisissant les volumes appropriés et la fréquence d'accord de la chambre avant, il est possible de construire un subwoofer avec une large bande passante, mais un retour limité, c'est-à-dire que la cloche sera basse et large, ou avec une bande étroite et un rendement très élevé . dans cette voie. La cloche va alors s'étirer en hauteur.

La bande passante est une chose capricieuse dans le calcul et la plus longue à fabriquer. Le haut-parleur étant enterré à l'intérieur du boîtier, il faut passer par des astuces pour assembler le boîtier afin que la présence d'un panneau amovible ne viole pas la rigidité et l'étanchéité de la structure. Les caractéristiques d'impulsion ne sont pas non plus les meilleures, surtout avec une large bande passante.

Comment cela est-il compensé ? Tout d'abord, comme mentionné - la plus grande efficacité. Deuxièmement, le fait que tout le son est émis à travers le tunnel et que le haut-parleur est complètement fermé. Lors de l'aménagement d'un tel subwoofer, des possibilités considérables s'ouvrent pour son installation dans une voiture. Il suffit de trouver une petite place à la jonction du coffre et de l'habitacle, où l'embouchure du tunnel peut être logée - et la voie vers les basses les plus puissantes est ouverte. Spécialement pour de telles installations, JLAudio, par exemple, produit des manchons-tunnels en plastique souple, avec lesquels il propose de connecter la sortie du subwoofer à l'intérieur. Comme un tuyau d'aspirateur, seulement plus épais et plus rigide.

Maintenant un peu sur les têtes

Avant de fabriquer une boîte pour un subwoofer, vous devez choisir une tête sous laquelle, en fait, ses paramètres physiques seront calculés. Pour sélectionner un haut-parleur, vous devez connaître autant de ses paramètres électromécaniques que possible.

Les données minimales absolues sont :
- Fréquence de résonance du haut-parleur Fs
- Facteur de qualité complet Qts
- Volume équivalent de Vas

Si vous ne connaissez pas au moins un de ces paramètres et que vous n'avez pas la possibilité de les mesurer vous-même, vous ne devriez pas vous attaquer à cette enceinte. Vous ne pourrez probablement rien faire de valable.

Fréquence de résonance (Fs)

La fréquence de résonance est la fréquence de résonance du haut-parleur sans aucune conception acoustique. Il est mesuré de cette manière - le haut-parleur est suspendu dans les airs à la plus grande distance possible des objets environnants, donc maintenant sa résonance ne dépendra que de ses propres caractéristiques - la masse du système mobile et la rigidité de la suspension.

Il existe une opinion selon laquelle plus la fréquence de résonance est basse, meilleur sera le caisson de basses. Ceci n'est que partiellement vrai ; pour certaines conceptions, une fréquence de résonance inutilement basse est un obstacle. Pour référence : le bas est de 20 à 25 Hz. En dessous de 20 Hz c'est rare. Au-dessus de 40 Hz est considéré comme élevé pour un subwoofer.

Facteur de qualité total (Qts)

Le facteur de qualité dans ce cas n'est pas la qualité du produit, mais le rapport des forces élastiques et visqueuses qui existent dans le système de déplacement du haut-parleur près de la fréquence de résonance. Un système de haut-parleurs mobiles ressemble beaucoup à la suspension d'une voiture, où il y a un ressort et un amortisseur. Le ressort crée des forces élastiques, c'est-à-dire qu'il accumule et libère de l'énergie en cours d'oscillation, et l'amortisseur est une source de résistance visqueuse, il n'accumule rien, mais absorbe et se dissipe sous forme de chaleur. La même chose se produit lorsque le diffuseur et tout ce qui y est attaché vibre. Un facteur de mérite élevé signifie que les forces élastiques prédominent. C'est comme une voiture sans amortisseurs. Il suffit de heurter un caillou et la roue commencera à sauter, sans être retenue par quoi que ce soit. Sautez à la fréquence très résonnante inhérente à ce système oscillatoire. Appliqué à un haut-parleur, cela signifie un dépassement de la réponse en fréquence à la fréquence de résonance, d'autant plus grand que le facteur de qualité total du système est élevé. Le facteur de qualité le plus élevé, mesuré en milliers, appartient à la cloche, qui, par conséquent, ne veut pas sonner à une fréquence autre que celle de résonance, heureusement, personne ne l'exige.

Une méthode populaire pour diagnostiquer la suspension d'une voiture par wiggle n'est rien de plus que de mesurer le facteur de qualité de la suspension de manière artisanale. Si nous remettons maintenant la suspension en ordre, c'est-à-dire que nous fixons un amortisseur parallèlement au ressort, l'énergie accumulée lors de la compression du ressort ne reviendra pas entièrement, mais sera partiellement détruite par l'amortisseur. Il s'agit d'une diminution du facteur de qualité du système. Revenons maintenant à la dynamique. Rien qu'on fasse des allers-retours ? Cela, disent-ils, est utile.Avec un ressort au niveau du haut-parleur, tout semble clair. Il s'agit d'une suspension diffuseur. Et l'amortisseur ? Amortisseurs - jusqu'à deux, travaillant en parallèle. Le facteur de qualité complet du haut-parleur se compose de deux: mécanique et électrique.

Le facteur de qualité mécanique est déterminé principalement par le choix du matériau de suspension, et principalement par la rondelle de centrage, et non par l'ondulation externe, comme on le croit parfois. Il n'y a généralement pas de pertes importantes ici et la contribution du facteur de qualité mécanique au total ne dépasse pas 10 à 15%. La principale contribution appartient à la figure de mérite électrique.

L'amortisseur le plus dur fonctionnant dans le système oscillatoire d'un haut-parleur est un ensemble composé d'une bobine mobile et d'un aimant. Étant un moteur électrique par nature, il peut, comme il se doit pour un moteur, fonctionner comme un générateur, et c'est exactement ce qu'il fait près de la fréquence de résonance, lorsque la vitesse et l'amplitude du mouvement de la bobine mobile sont maximales.

Se déplaçant dans un champ magnétique, la bobine génère un courant et la charge d'un tel générateur est l'impédance de sortie de l'amplificateur, c'est-à-dire pratiquement nulle. Il s'avère que le même frein électrique est équipé de tous les trains électriques. Là aussi, lors du freinage, les moteurs de traction sont obligés de fonctionner en mode générateurs, et leur charge est constituée par les batteries de résistances de freinage sur le toit. L'amplitude du courant généré sera naturellement d'autant plus grande que le champ magnétique dans lequel se déplace la bobine mobile est fort. Il s'avère que plus l'aimant du haut-parleur est puissant, plus son facteur de qualité est faible, toutes choses égales par ailleurs. Mais, bien sûr, étant donné que la longueur du fil de bobinage et la largeur de l'entrefer dans le système magnétique sont impliquées dans la formation de cette valeur, il serait prématuré de tirer une conclusion définitive uniquement sur la base de la taille du aimant. Et le préliminaire - pourquoi pas ? - Concepts de base - le facteur de qualité total du locuteur est considéré comme faible s'il est inférieur à 0,3 - 0,35 ; élevé - plus de 0,5 - 0,6.

Volume équivalent (Vas)

La plupart des têtes d'enceintes modernes sont basées sur le principe de la "suspension acoustique". Le concept de suspension acoustique consiste à installer l'enceinte dans un tel volume d'air dont l'élasticité est comparable à l'élasticité de la suspension de l'enceinte. Dans ce cas, il s'avère que parallèlement au ressort déjà dans la suspension, un autre a été installé. Dans ce cas, le volume équivalent sera celui auquel le ressort qui apparaît est égal en élasticité à celui existant. La valeur du volume équivalent est déterminée par la rigidité de la suspension et le diamètre de l'enceinte. Plus la suspension est douce, plus la taille du coussin d'air sera grande, dont la présence commencera à perturber l'enceinte.

La même chose se produit avec un changement de diamètre du diffuseur. Un grand diffuseur au même déplacement comprimera plus fortement l'air à l'intérieur de la boîte, subissant ainsi une plus grande force réciproque d'élasticité du volume d'air. C'est cette circonstance qui détermine souvent le choix de la taille du haut-parleur, en fonction du volume disponible pour s'adapter à sa conception acoustique. Les grands cônes créent les conditions préalables à un subwoofer à haut rendement, mais nécessitent également de grands volumes. Le volume équivalent a des relations intéressantes avec la fréquence de résonance qu'il est facile de rater sans s'en rendre compte. La fréquence de résonance est déterminée par la rigidité de la suspension et la masse du système mobile, et le volume équivalent est déterminé par le diamètre du diffuseur et la même rigidité.

Par conséquent, la situation suivante est possible : supposons qu'il y ait deux haut-parleurs de même taille et avec la même fréquence de résonance. Mais un seul d'entre eux a obtenu cette valeur de fréquence grâce à un diffuseur lourd et une suspension rigide, et l'autre, au contraire, un diffuseur léger sur une suspension souple. Le volume équivalent d'une telle paire, avec toute la similitude externe, peut différer de manière très significative, et lorsqu'il est installé dans la même boîte, les résultats seront radicalement différents.

Ainsi, après avoir établi ce que signifient les paramètres vitaux, nous commençons enfin à choisir ...

Il s'agit de la fréquence de résonance du haut-parleur, sans aucune conception acoustique. L'enceinte est suspendue rigidement dans les airs, à la distance maximale des objets environnants. Dans cette position, sa résonance ne dépendra que de ses propres caractéristiques. Les masses du système mobile et la rigidité de la suspension. Il existe une opinion selon laquelle plus la fréquence de résonance est basse, meilleur sera le caisson de basses. Ceci n'est que partiellement vrai. Pour certaines conceptions, la fréquence de résonance est trop faible, interférence. La basse fréquence de résonance est considérée comme étant de 20 à 25 Hz. En dessous de 20 Hz c'est rare. Au-dessus de 40 Hz est considéré comme élevé pour un subwoofer.

Facteur de qualité total Qts

Le facteur de qualité dans ce cas n'est pas la qualité du produit, mais le rapport des forces élastiques et visqueuses qui existent dans le système mobile du haut-parleur, près de la fréquence de résonance. Un système de haut-parleurs mobiles, un peu comme une suspension de voiture, où il y a un ressort et un amortisseur. Le ressort crée des forces élastiques, c'est-à-dire qu'il accumule et libère de l'énergie en cours d'oscillation, et l'amortisseur, source de résistance visqueuse, n'accumule rien, mais absorbe de l'énergie et se dissipe. La même chose se produit lorsque le diffuseur vibre, et tout ce qui s'y rattache.

Un facteur de qualité élevé signifie que les forces élastiques prédominent. C'est comme une voiture sans amortisseurs. Il suffit de heurter un caillou et la roue commencera à sauter, sans être retenue par quoi que ce soit. Sautez à la fréquence très résonnante inhérente à ce système oscillatoire. Dans le cas d'un haut-parleur, cela signifie un dépassement de la réponse en fréquence à la fréquence de résonance, d'autant plus grand que le facteur de qualité total du système est élevé.

Soit dit en passant, le facteur de qualité le plus élevé, mesuré en milliers d'unités, se trouve dans la cloche qui, en raison de sa forme, ne veut pas sonner à une fréquence autre que celle de résonance.

Une méthode populaire pour diagnostiquer la suspension d'une voiture par agitation n'est rien de plus qu'une évaluation du facteur de qualité de la suspension. Si un amortisseur est ajouté au ressort, alors l'énergie accumulée lors de la compression du ressort ne reviendra pas en totalité, mais sera partiellement dissipée par l'amortisseur. Ce phénomène est appelé une diminution du facteur de qualité du système. Revenons à la dynamique. Les ressorts des haut-parleurs sont des suspensions de diffuseur. Et l'amortisseur ? Il y a deux amortisseurs qui travaillent ensemble.

Le facteur de qualité complet du haut-parleur se compose de deux facteurs de qualité - mécanique et électrique. Le facteur de qualité mécanique est déterminé principalement par le choix du matériau de suspension et, de plus, principalement par le matériau de la rondelle de centrage, et non de la lèvre extérieure, comme beaucoup le pensent. Il n'y a généralement pas de pertes importantes ici et la contribution du facteur de qualité mécanique au total ne dépasse pas 10 à 15%.

L'amortisseur le plus rigide fonctionnant dans le système oscillatoire d'un haut-parleur est un ensemble composé d'une bobine mobile et d'un aimant. Le système magnétique du haut-parleur, dans sa conception et son principe de fonctionnement, est très similaire aux moteurs électriques. Ainsi, comme les moteurs électriques, le moteur du haut-parleur peut également être un générateur courant électrique. Que fait le haut-parleur près de la fréquence de résonance, lorsque la vitesse et l'amplitude du mouvement de la bobine mobile sont maximales.

Se déplaçant dans un champ magnétique, la bobine génère un courant et la charge d'un tel générateur est l'impédance de sortie de l'amplificateur, c'est-à-dire presque nulle. Comme tout générateur, il est difficile pour un moteur de haut-parleur de bouger si la résistance de charge est minimale. Le résultat est une sorte de frein électrique. L'amplitude du courant généré dans ce cas est d'autant plus grande que le champ magnétique dans lequel la bobine mobile se déplace est fort, et plus la vitesse et l'amplitude des oscillations de la bobine dans l'entrefer sont élevées.

Il s'avère que plus l'aimant du haut-parleur est puissant, plus son facteur de qualité est faible, toutes choses égales par ailleurs. Bien sûr, le facteur de qualité ne dépendra pas seulement de l'aimant. Cela dépendra de la bobine, de la quantité de fil dans l'espace en même temps, etc. etc. Néanmoins, à titre indicatif, il est tout à fait possible de prendre le facteur du facteur qualité complet de l'enceinte.

Un faible facteur de qualité d'un haut-parleur est considéré comme inférieur à 0,3 - 0,35.

Les haut-parleurs avec Qts supérieur à 0,5 - 0,6 sont considérés comme des haut-parleurs de haute qualité.

Le volume équivalent de Vas.

La plupart des têtes d'enceintes modernes sont basées sur le principe de la "suspension acoustique". Parfois, ils sont appelés "compression", ce qui, en fait, est incorrect. Les têtes de compression sont une autre histoire avec les pilotes de klaxon.

Le concept de suspension acoustique consiste à installer l'enceinte dans un tel volume d'air dont l'élasticité est comparable à l'élasticité de la suspension de l'enceinte. Dans le même temps, il s'avère qu'en plus du «ressort» déjà dans la suspension, un autre, externe, est ajouté. Équivalent, considérez le volume d'air, qui, dans son élasticité, sera égal à l'élasticité des suspensions des haut-parleurs. La quantité de volume équivalent pour chaque haut-parleur est déterminée par la rigidité de la suspension et le diamètre du haut-parleur. Plus la suspension est douce, plus la taille du coussin d'air sera grande, dont la présence affectera considérablement l'enceinte.

Cette année, dans le Journal of the American Acoustic Society, les scientifiques Jiajun Zhao, Likun Zhang et Ying Wu ont publié un article « Améliorer l'émission multipolaire monochromatique par une enceinte de sous-longueur d'onde de résonances dégénérées de Mie » à propos de leur invention, qui augmente la puissance sonore des basses fréquences. ondes dues aux résonances. A en juger par le rapport des chercheurs, un boîtier en plastique d'un diamètre de 10 cm, inventé par eux et fabriqué sur une imprimante 3D, peut multiplier par 200 la puissance sonore d'un haut-parleur basse fréquence.

Traditionnellement, pour augmenter le volume ( pression sonore) utilisent une augmentation de la puissance du signal et, dans le cas des basses fréquences, une grande zone de rayonnement. Ces méthodes classiques présentent des inconvénients évidents - un encombrement important et une consommation d'énergie élevée. À cet égard, l'augmentation de la pression acoustique due à la conception acoustique est devenue populaire. problème pratique. Les développeurs sont motivés par le désir de maximiser la puissance et de réduire le volume. Avec des haut-parleurs traditionnels, cet effet a été obtenu grâce à l'inverseur de phase. Maintenant c'est au tour audio portable. Sous la coupe, quelques mots sur l'innovation et les perspectives probables de son développement, ainsi qu'une ombre au tableau dans un baril de belles perspectives.

Look frais ou vieux bien oublié

La mise en œuvre d'une idée plutôt audacieuse est dictée par la nécessité. L'abondance de la technologie portable nécessite des solutions dans lesquelles la conception acoustique avec un grand volume ne peut pas être appliquée, alors que le consommateur veut "beaucoup de fond". Ainsi, la solution proposée par les scientifiques est susceptible d'être demandée pour les smartphones, les enceintes portables portables, les stations d'accueil.

Dans le même temps, on sait que des développements de ce genre ont été réalisés de la fin du XIXe siècle (expériences de Helmholtz) jusqu'aux années 20 du siècle dernier, c'est-à-dire jusqu'à l'époque où les moyens passifs d'augmentation de la pression acoustique pouvaient rivaliser avec des électroacoustiques. Il y avait donc une conception acoustique du klaxon.

Les auteurs de l'article "Emission Enhancement of Sound Emitters using an Acoustic Metamaterial Cavity", qui est à la base de l'invention décrite, ont écrit sur la continuité historique. On peut affirmer que, s'étant retrouvés dans une situation où les moyens électriques ont épuisé leur ressource d'efficacité, les développeurs se sont souvenus de l'époque où la conception à pavillon des haut-parleurs était la tendance dominante.

Idée et résultat

L'idée était d'augmenter significativement l'amplitude des ondes sonores émises par le woofer, tout en abandonnant la traditionnelle augmentation de la puissance de l'amplificateur et l'augmentation de la taille du radiateur. Un objectif supplémentaire était de préserver le diagramme de rayonnement, car. l'embouchure classique le change. Pour mettre en œuvre l'idée, les scientifiques ont utilisé des modes de résonance, qui ont été formés à l'aide d'une conception acoustique de type libyrinthe.

En termes simples, les développeurs ont appliqué un principe qui peut être observé en plaçant une source sonore (par exemple, un smartphone) dans une tasse. Le son est amplifié car la tasse devient une caisse de résonance.

Ici, le principe est proche, mais au lieu d'une seule cavité, des labyrinthes spécialement conçus sont utilisés pour améliorer sélectivement la gamme des basses fréquences.

Le développeur Ying Wu dans une interview a décrit le principe de fonctionnement comme suit :

"Grâce à la résonance de l'air à l'intérieur des canaux, une plus grande partie de la puissance électrique de la source est convertie en puissance sonore que ce ne serait le cas autrement."

"La résonance de l'air dans les canaux vous permet d'obtenir plus de puissance sonore que sans eux (canaux - ndlr) avec une consommation d'énergie égale"

Une structure réaliste pour l'amélioration des émissions

A) La structure est constituée de matériaux rigides (partie grise), où des canaux hélicoïdaux remplis d'air allongent le trajet du son (ligne rouge) pour réduire sa vitesse équivalente dans la direction radiale le long des parois rigides des canaux (anisotropie azimutale ρθ→ ∞ρθ→∞).
b) Distribution de phase des champs sonores émis par une source monopolaire, simulant à trois fréquences de résonance (voir Fig. 2(c)).
c) Identique à b), mais pour une source dipôle. (d, e) Comparaison de la directivité en champ lointain avec et sans gaine, modélisée pour la résonance la plus basse en b) et c), respectivement.

Comme on peut le voir sur la figure, à partir du centre du corps rond de l'appareil de dix centimètres, où se trouve le haut-parleur, partent des passages de labyrinthe, qui assurent l'apparition de modes de résonance et, par conséquent, augmentent passivement la puissance sonore de certaines fréquences. Il est important de noter que l'échelle de dB est logarithmique, par conséquent, une augmentation de deux cents de la puissance entraînera une augmentation de la pression acoustique d'environ 20 dB. Un écrivain sur le sujet a comparé 20 dB à huit barres sur l'échelle de volume de l'iPhone.

À la suite de mesures comparatives et de contrôle, il s'est avéré que l'utilisation de la conception permet réellement d'amplifier de 200 fois la puissance sonore dans la gamme des basses fréquences. La conception permet également de ne pas modifier de manière significative le diagramme de rayonnement, ce qui serait impossible avec l'utilisation de systèmes à cornet classiques. Plus de détails sur les résultats de l'expérience peuvent être trouvés dans l'article, qui est publié dans le domaine public.

Il est évident que le résultat obtenu (en cas de développement réussi d'événements pour cette innovation, qui sera discuté dans la section suivante) peut être utilisé pour créer un acoustique sans fil, gadgets mobiles, écouteurs.

L'article prouve théoriquement la possibilité d'une augmentation de puissance résonnante d'un facteur 200, donne des formules et des mesures comparatives, mais, comme dans la vieille blague, il y a une nuance ...

La résonance comme ennemi intime

L'amplification des basses fréquences due aux résonances présente un certain nombre de caractéristiques qui rendent difficile l'utilisation de cette méthode lors de la création d'équipements haute fidélité. Beaucoup de gens sont bien conscients de l'effet néfaste de cette méthode sur la qualité sonore de la conception acoustique bass-reflex des enceintes. Lors de l'utilisation d'un inverseur de phase, l'amplification des basses fréquences est également obtenue grâce à la résonance, la seule différence est qu'avec ce facteur de forme, l'inverseur de phase est moins efficace que le labyrinthe.

L'ambiguïté de l'utilisation des résonances pour augmenter la puissance des basses est détaillée dans l'article "The Great Low Frequency Hoax" publié par le magazine Show Master, avec l'aimable autorisation de www.sound-consulting.net.

Comme cela a été écrit dans l'article mentionné ci-dessus, le système résonnant ne peut pas démarrer et s'arrêter instantanément et, par conséquent, des retards se produisent. Compte tenu du nombre de réflexions dans le système résonnant à labyrinthe présenté, on peut supposer que ces retards seront plus élevés que dans un système similaire avec un inverseur de phase ou une boîte fermée classique.

Ainsi, en utilisant une amplification résonnante, on peut obtenir beaucoup plus de basses, tout en dégradant la réponse impulsionnelle. De plus, on ne sait pas si un tel système introduit de la distorsion, du bruit, etc. (l'étude ne contient pas de comparaison de la distorsion avant et après l'utilisation de la nouvelle conception acoustique).

Perspectives d'application

À l'exception de tous les problèmes hypothétiquement probables, l'innovation peut beaucoup changer. La préservation des propriétés tout en réduisant les dimensions permettra l'utilisation d'une telle conception acoustique dans les smartphones, ce qui augmentera considérablement le volume. Utiliser avec portable haut-parleurs sans fil réduira la consommation d'énergie et augmentera donc la durée de travail des appareils portables.

Résultat

J'attends avec impatience une discussion animée et productive sur les perspectives du labyrinthe. Pour mes propres conclusions sur le sort de l'invention, je n'ai pas assez d'informations. Traditionnellement, je propose de participer à l'enquête et de donner votre avis sur l'invention.

jeans

- Comment! Avez-vous une grand-mère qui devine trois cartes à la suite, et vous n'avez toujours pas adopté son cabalisme d'elle ?
COMME. Pouchkine, la reine de pique

Aujourd'hui, nous allons parler de ce qu'il est important de savoir sur l'acoustique en fait. A savoir, sur les fameux paramètres Thiel-Small, dont la connaissance est la clé pour gagner dans un jeu de hasard en autoradio. Sans diffamation ni servitude.

Un mathématicien éminent, selon la légende, donnant des cours aux étudiants, a déclaré: "Et maintenant, nous allons procéder à la preuve du théorème, dont j'ai l'honneur de porter le nom." Qui est honoré de porter les noms des paramètres Thiel et Small ? Souvenons-nous également de cela. Le premier du groupe est Albert Nevil Thiele (dans l'original A. Neville Thiele, "A" n'est presque jamais déchiffré). Tant en termes d'âge que de bibliographie. Thiel a maintenant 84 ans et, à l'âge de 40 ans, il a publié un article historique qui proposait pour la première fois le calcul des caractéristiques des haut-parleurs sur la base d'un seul ensemble de paramètres de manière pratique et reproductible.

Là, dans un article de 1961, il était notamment dit : « Les caractéristiques d'un haut-parleur dans le domaine des basses fréquences peuvent être adéquatement décrites à l'aide de trois paramètres : la fréquence de résonance, le volume d'air équivalent à la souplesse acoustique du haut-parleur, et le rapport de la résistance électrique à la résistance au mouvement à la fréquence de résonance. Le rendement électroacoustique est déterminé par les mêmes paramètres. Je demande aux fabricants de haut-parleurs de publier ces paramètres dans le cadre de leurs produits phares. »

La demande de Neville Thiel n'a été entendue par l'industrie qu'une décennie plus tard, date à laquelle Thiel travaillait déjà avec Richard Small, originaire de Californie. Richard Small est écrit en californien, mais pour une raison quelconque, le médecin respecté préfère la version allemande de la prononciation de son propre nom. Small fête ses 70 ans cette année, soit dit en passant - un anniversaire plus important que beaucoup d'autres. Au début des années 70, Thiel et Small ont finalement évoqué leur approche proposée pour le calcul des haut-parleurs.

Neville Thiel est maintenant professeur honoraire dans une université de son pays d'origine, l'Australie, et le poste professionnel le plus récent du Dr Small que nous avons pu suivre est celui d'ingénieur en chef du département Car Audio de Harman-Becker. Et, bien sûr, tous deux font partie de la direction de l'International Society of Acoustic Engineers (Audio Engineering Society). En général, les deux sont bien vivants.

Thiel à gauche, Small à droite, par ordre de contribution à l'électroacoustique. Au fait, la photo est rare, les maîtres n'aimaient pas être photographiés

Accrocher ou ne pas accrocher ?

La définition figurative des conditions de mesure de Fs comme fréquence de résonance d'un haut-parleur suspendu dans les airs a donné lieu à l'idée fausse que cette fréquence devait être mesurée de cette manière, et les passionnés se sont efforcés de vraiment accrocher les haut-parleurs sur des fils et des cordes. Les mesures des paramètres acoustiques seront consacrées à un numéro distinct de «BB», voire plus d'un, mais je noterai ici: dans les laboratoires compétents, les haut-parleurs sont serrés dans un étau lors des mesures et non suspendus à un lustre.

Les résultats d'une expérience informatique qui aideront ceux qui souhaitent comprendre comment les grandeurs des facteurs de qualité électrique et mécanique sont exprimées dans les courbes d'impédance. Nous avons pris ensemble complet paramètres électromécaniques d'un haut-parleur réel, puis a commencé à modifier certains d'entre eux. Premièrement - le facteur de qualité mécanique, comme si le matériau de l'ondulation et la rondelle de centrage étaient remplacés. Alors - électrique, pour cela, il était déjà nécessaire de modifier les caractéristiques de l'entraînement et du système de déplacement. Voici ce qui s'est passé :

Courbe d'impédance réelle d'un woofer. Il calcule deux des trois principaux paramètres

Courbes d'impédance pour différentes valeurs du facteur de qualité total, tandis que le Qes électrique est le même, égal à 0,5, et le Qes mécanique varie de 1 à 8. Le facteur de qualité total Qts ne semble pas beaucoup changer, et la hauteur de la bosse sur le graphique d'impédance est forte, et très, tandis que plus Qms est petit, plus il devient net

Pression sonore en fonction de la fréquence pour le même Qts. Lors de la mesure de la pression acoustique, seul le facteur de qualité complet Qts est important, de sorte que des courbes d'impédance complètement différentes correspondent à des courbes de pression acoustique pas si différentes par rapport à la fréquence

Les mêmes valeurs de Qts, mais maintenant partout Qms = 4, et Qes change pour atteindre les mêmes valeurs de Qts. Les valeurs Qts sont les mêmes, mais les courbes sont complètement différentes et diffèrent beaucoup moins les unes des autres. Les courbes rouges inférieures ont été obtenues pour les valeurs qui n'ont pas pu être obtenues lors de la première expérience avec un Qes fixe = 0,5

Courbes de pression acoustique pour différents Qts obtenues en changeant Qes. Les quatre courbes du haut ont exactement la même forme que lorsque nous avons changé le Qms, leur forme est déterminée par les valeurs de Qts et elles restent les mêmes. Les courbes rouges inférieures obtenues pour des Qts supérieurs à 0,5 sont bien sûr différentes et une bosse commence à se développer sur elles, en raison de l'augmentation du facteur de qualité.

Mais maintenant faites attention : le point n'est pas seulement qu'à haut Qts une bosse apparaît sur la caractéristique, tandis que la sensibilité du haut-parleur diminue à des fréquences supérieures à celle de résonance. L'explication est simple : toutes choses égales par ailleurs, Qes ne peut augmenter qu'avec une augmentation de la masse du système mobile ou avec une diminution de la puissance de l'aimant. Les deux conduisent à une baisse de sensibilité aux fréquences moyennes. Ainsi, la bosse à la fréquence de résonance est plutôt une conséquence du creux aux fréquences supérieures à la fréquence de résonance. Rien n'est gratuit dans l'audio...

Contribution du partenaire junior

Au fait : le fondateur de la méthode A.N. Thiel entendait ne prendre en compte que le facteur qualité électrique dans les calculs, estimant (à juste titre pour son époque) que la proportion des pertes mécaniques est négligeable par rapport aux pertes occasionnées par le fonctionnement du "frein électrique" de l'enceinte. L'apport du partenaire junior, pas le seul cependant, a été de prendre en compte Qms, maintenant c'est devenu important : les têtes modernes utilisent des matériaux à pertes accrues, qui n'étaient pas disponibles au début des années 60, et nous sommes tombés sur des enceintes où la valeur Qms n'était que de 2 à 3, avec une sous-unité électrique. Dans de tels cas, ce serait une erreur de ne pas tenir compte des pertes mécaniques. Et cela est devenu particulièrement important avec l'introduction du refroidissement ferrofluide dans les têtes HF, où, en raison de l'effet d'amortissement du liquide, la part de Qms dans le facteur de qualité total devient déterminante, et le pic d'impédance à la fréquence de résonance devient presque invisible, comme dans le premier graphique de notre expérience de calcul.

Trois cartes révélées par Thiel et Small

1. Fs - la fréquence de la résonance principale du haut-parleur sans aucun cas. Il caractérise uniquement le haut-parleur lui-même, et non le système de haut-parleurs fini basé sur celui-ci. Lorsqu'il est installé dans n'importe quel volume, il ne peut qu'augmenter.

2. Qts est le facteur de qualité total du haut-parleur, une valeur sans dimension qui caractérise les pertes relatives dans le haut-parleur. Plus elle est faible, plus la résonance de rayonnement est supprimée et plus le pic de résistance sur la courbe d'impédance est élevé. Lorsqu'il est installé dans une boîte fermée augmente.

3. Vas - volume équivalent du haut-parleur. Égal au volume d'air avec la même rigidité que la suspension. Plus la suspension est rigide, moins il y a de Vas. Pour une même raideur, Vas augmente avec la surface du diffuseur.

Les deux moitiés qui composent la carte #2

1. Qes est la composante électrique du facteur de qualité complet, qui caractérise la puissance du frein électrique qui empêche le diffuseur de se balancer près de la fréquence de résonance. Habituellement, plus le système magnétique est puissant, plus le "frein" est fort et plus la valeur numérique de Qes est petite.

2. Qms - la composante mécanique du facteur de qualité total, caractérise les pertes dans les éléments élastiques de la suspension. Les pertes sont ici beaucoup plus faibles que dans le composant électrique, et numériquement Qms est beaucoup plus grand que Qes.

Pourquoi la cloche sonne

Quel est le point commun entre les cloches et les haut-parleurs ? Eh bien, le fait que les deux sonnent est évident. Plus important encore, les deux sont des systèmes oscillatoires. Et quelle est la différence? La cloche, peu importe comment vous la battez, sonnera à la seule fréquence prescrite par le canon. Et extérieurement, le haut-parleur n'est pas si différent - dans une large gamme de fréquences, et peut, si vous le souhaitez, représenter simultanément à la fois la sonnerie d'une cloche et le souffle d'un sonneur de cloche. Donc : deux des trois paramètres de Thiel-Small décrivent simplement quantitativement cette différence.

Il vous suffit de vous souvenir fermement, ou mieux, de relire la citation du fondateur dans les informations historiques et biographiques. Il est écrit "aux basses fréquences". Till, Small et leurs paramètres n'ont rien à voir avec le comportement de l'enceinte à des fréquences plus élevées et n'en portent aucune responsabilité. Quelles fréquences pour le haut-parleur sont basses et lesquelles ne le sont pas ? Et c'est ce que dit le premier des trois paramètres.

Carte un, mesurée en hertz

Donc : le paramètre Thiel-Small n°1 est la fréquence de résonance naturelle du haut-parleur. Il est toujours noté Fs, quelle que soit la langue de publication. La signification physique est extrêmement simple : puisque le haut-parleur est un système oscillant, cela signifie qu'il doit y avoir une fréquence à laquelle le diffuseur va osciller, étant laissé à lui-même. Comme une cloche après un coup ou une corde après un pincement. Cela signifie que l'enceinte est absolument "nue", en aucun cas installée, comme si elle était suspendue dans l'espace. C'est important, car on s'intéresse aux paramètres de l'enceinte elle-même, et non à ce qui l'entoure.

La gamme de fréquences autour de la résonance, deux octaves vers le haut, deux octaves vers le bas - c'est la zone où les paramètres Thiel-Small fonctionnent. Pour les têtes de subwoofer non encore installées dans le boîtier, Fs peut aller de 20 à 50 Hz, pour les haut-parleurs médium-graves de 50 (bass "sixes") à 100 - 120 ("fours"). Pour les haut-parleurs diffuseurs de milieu de gamme - 100 - 200 Hz, pour les dômes - 400 - 800, pour les tweeters - 1000 - 2000 Hz (il y a des exceptions, très rares).

Comment la fréquence de résonance naturelle d'un haut-parleur est-elle déterminée ? Non, comme le plus souvent déterminé - clairement, lu dans la documentation d'accompagnement ou dans le rapport de test. Eh bien, comment avez-vous découvert en premier lieu? Cela aurait été plus facile avec une cloche : je lui ai donné quelque chose et j'ai mesuré la fréquence du buzz produit. Le haut-parleur sous une forme explicite ne bourdonnera à aucune fréquence. Autrement dit, il veut, mais il ne reçoit pas l'amortissement des vibrations du diffuseur inhérent à sa conception. En ce sens, le haut-parleur ressemble beaucoup à une suspension de voiture, et j'ai utilisé cette analogie plus d'une fois et je continuerai à le faire. Que se passe-t-il si vous secouez une voiture avec des amortisseurs vides ? Au moins quelques fois, il oscillera à sa propre fréquence de résonance (là où il y a un ressort, il y aura une fréquence). Les amortisseurs qui ne sont que partiellement morts arrêtent les vibrations après une ou deux périodes, et ceux qui sont utilisables - après le premier tangage. En dynamique, l'amortisseur est plus important que le ressort, et il y en a même deux.

Le premier, plus faible, fonctionne du fait qu'il y a une perte d'énergie dans la suspension. Ce n'est pas un hasard si l'ondulation est fabriquée à partir de qualités spéciales de caoutchouc, une balle faite d'un tel matériau rebondira à peine sur le sol, une imprégnation spéciale à frottement interne élevé est également sélectionnée pour la rondelle de centrage. C'est comme un frein mécanique des oscillations du diffuseur. Le second, beaucoup plus puissant - électrique.

Voici comment ça fonctionne. La bobine acoustique du haut-parleur est son moteur. Il coule dans courant alternatif de l'amplificateur, et la bobine, située dans le champ magnétique, commence à se déplacer avec la fréquence du signal fourni, déplaçant, bien sûr, l'ensemble du système mobile, alors c'est ici. Mais une bobine se déplaçant dans un champ magnétique est un générateur. Ce qui générera plus d'électricité, plus la bobine bouge fort. Et lorsque la fréquence commence à s'approcher de la fréquence de résonance, à laquelle le diffuseur «veut» osciller, l'amplitude des oscillations augmentera et la tension produite par la bobine mobile augmentera. Culminant exactement à la fréquence de résonance. Quel rapport avec le freinage ? Jusqu'à présent aucun. Mais imaginez que les conclusions de la bobine soient fermées les unes aux autres. Maintenant, un courant le traversera et une force apparaîtra qui, selon la règle de l'école de Lenz, empêchera le mouvement qui l'a provoqué. Mais la bobine mobile dans la vraie vie est fermée à l'impédance de sortie de l'amplificateur, qui est proche de zéro. Il s'avère, pour ainsi dire, un frein électrique qui s'adapte à la situation : plus le diffuseur essaie d'aller et venir, plus cela est empêché par le courant entrant dans la bobine mobile. La cloche n'a pas de freins, si ce n'est l'atténuation des vibrations dans ses parois, et en bronze - quel genre d'atténuation...

La deuxième carte, pas mesurée en rien

La puissance de freinage du haut-parleur est exprimée numériquement dans le deuxième paramètre Thiel-Small. Il s'agit du facteur de qualité complet de l'enceinte, noté Qts. Exprimé numériquement, mais pas littéralement. En un sens, plus les freins sont puissants, plus la valeur Qts est petite. D'où le nom de "facteur de qualité" en russe (ou facteur de qualité en anglais, d'où est née la désignation de cette grandeur), qui est en quelque sorte une évaluation de la qualité d'un système oscillatoire. Physiquement, le facteur de qualité est le rapport des forces élastiques du système aux forces visqueuses, c'est-à-dire aux forces de frottement. Les forces élastiques stockent l'énergie dans le système, transférant alternativement l'énergie du potentiel (ressort comprimé ou étiré ou suspension du haut-parleur) à l'énergie cinétique (énergie d'un diffuseur en mouvement). Les visqueux s'efforcent de transformer l'énergie de tout mouvement en chaleur et de se dissiper irrémédiablement. Un facteur de qualité élevé (et pour une même cloche il se mesurera en dizaines de milliers) signifie qu'il y a beaucoup plus de forces élastiques que de forces de frottement (visqueuses, c'est la même chose). Cela signifie également que seule une petite partie de l'énergie stockée dans le système sera convertie en chaleur à chaque oscillation. Par conséquent, soit dit en passant, le facteur de qualité est la seule valeur du triple des paramètres de Thiel-Small qui n'a pas de dimensions, c'est le rapport de certaines forces à d'autres. Comment la cloche dissipe-t-elle l'énergie ? Par frottement interne dans le bronze, le plus souvent lentement. Comment fait un haut-parleur qui a un facteur de qualité beaucoup plus faible, ce qui signifie que le taux de perte d'énergie est beaucoup plus élevé ? De deux manières, selon le nombre de "freins". Une partie est dissipée par les pertes internes dans les éléments élastiques de la suspension, et cette part de pertes peut être estimée par une valeur distincte du facteur de qualité, il est dit mécanique, noté Qms. Deuxièmement, la plus grande partie est dissipée sous forme de chaleur du courant traversant la bobine acoustique. Actuelle, elle s'est aussi développée. C'est le facteur de qualité électrique Qes. L'effet total des freins serait déterminé très facilement si ce n'étaient pas les valeurs du facteur de qualité qui étaient utilisées, mais au contraire les valeurs des pertes. Nous les mettrions simplement ensemble. Et comme on a affaire à des valeurs inverses des pertes, alors il va falloir additionner les valeurs réciproques, c'est pourquoi il s'avère que 1/Qts = 1/Qms + 1/Qes.

Les facteurs Q typiques sont les suivants : mécanique - de 5 à 10. Électrique - de 0,2 à 1. 1 à 5. Il est clair que le résultat sera principalement déterminé par le facteur de qualité électrique, c'est-à-dire que le frein principal de l'enceinte est électrique.

Alors, comment arracher les noms des « trois cartes » à l'orateur ? Eh bien, au moins les deux premiers, nous arriverons au troisième. Il est inutile de menacer avec un pistolet, comme Hermann, l'orateur n'est pas une vieille femme. La même bobine mobile, le moteur de haut-parleur fougueux vient à la rescousse. Après tout, nous avons déjà compris : un moteur ardent éclaire la lune comme un générateur ardent. Et à ce titre, pour ainsi dire, il parle de l'amplitude des oscillations du diffuseur. Plus la tension apparaît sur la bobine acoustique à la suite de ses oscillations avec le diffuseur, plus l'amplitude des oscillations est donc grande, plus nous nous rapprochons donc de la fréquence de résonance.

Comment mesurer cette tension, malgré le fait que le signal de l'amplificateur est connecté à la bobine mobile ? Autrement dit, comment séparer ce qui est fourni au moteur de ce qui est généré par le générateur, est-ce sur les mêmes conclusions ? Au lieu de diviser, il faut mesurer la somme reçue.

Pour cela, ils le font de cette façon. Le haut-parleur est connecté à un amplificateur avec l'impédance de sortie la plus élevée possible, dans la vraie vie cela signifie : en série avec le haut-parleur, une résistance d'une valeur bien, au moins cent fois supérieure à la résistance nominale du haut-parleur est connectée . Disons 1000 ohms. Maintenant, lorsque le haut-parleur fonctionne, la bobine acoustique générera une contre-EMF, un peu comme pour le fonctionnement d'un frein électrique, mais le freinage ne se produira pas : les fils de la bobine sont fermés les uns aux autres par une très haute résistance, le courant est rare, le frein est inutile. D'autre part, la tension, selon la règle de Lenz, est de polarité opposée à celle fournie («mouvement générateur»), s'y ajoutera en antiphase, et si à ce moment la résistance apparente de la bobine mobile est mesurée , il semblera qu'il est très grand. En fait, en même temps, la contre-EMF ne permet pas au courant de l'amplificateur de circuler librement à travers la bobine, l'appareil interprète cela comme une résistance accrue, mais comment faire autrement ?

Grâce à la mesure de l'impédance, cette même résistance "apparente" (mais en fait - complexe, avec toutes sortes de composants actifs et réactifs, ce n'est pas le moment pour cela) et deux cartes sur trois sont ouvertes. La courbe d'impédance de n'importe quel haut-parleur à cône, de Kellogg et Rice à nos jours, semble, en principe, la même, elle apparaît même dans le logo d'une communauté scientifique électroacoustique, maintenant j'ai oublié laquelle. La bosse aux basses fréquences (pour ce haut-parleur) indique la fréquence de sa résonance principale. Là où il y a un maximum - il y a les Fs convoités. Il n'y a rien de plus élémentaire. Au-dessus de la résonance, il existe une impédance minimale, qui est généralement prise comme la résistance nominale du haut-parleur, même si, comme vous pouvez le voir, elle ne le reste que dans une petite bande de fréquences. Au-dessus, l'impédance recommence à croître, cette fois du fait que la bobine mobile n'est pas seulement un moteur, mais aussi une inductance dont la résistance augmente avec la fréquence. Mais nous n'y allons pas maintenant, les paramètres qui nous intéressent n'y vivent pas.

C'est beaucoup plus difficile avec le facteur de qualité, mais néanmoins, des informations complètes sur la "deuxième carte" sont également contenues dans la courbe d'impédance. Exhaustive, car une même courbe permet de calculer séparément le facteur de qualité électrique Qes et le facteur de qualité mécanique Qms. Nous savons déjà comment en faire des Qts complets, ce qui est vraiment nécessaire lors du calcul de la conception, c'est une question simple, pas le binôme de Newton.

Comment exactement les valeurs souhaitées sont déterminées à partir de la courbe d'impédance, nous en discuterons une autre fois, lorsque nous parlerons des méthodes de mesure des paramètres. Nous partirons maintenant du fait que quelqu'un (le fabricant d'acoustique ou les associés de votre obéissant serviteur) l'a fait pour vous. Mais je vais souligner ceci. Il existe deux idées fausses associées aux tentatives d'exprimer l'analyse des paramètres de Thiel-Small par la forme de la courbe d'impédance. Le premier est entièrement celui de Lokhov, nous allons maintenant le dissiper sans laisser de trace. C'est alors qu'ils regardent une courbe d'impédance avec une énorme bosse à la résonance et s'exclament : "Wow, le facteur qualité !" Genre de haut. Et en regardant les petits boutons sur la courbe, ils concluent : puisque le pic d'impédance est si lisse, cela signifie que le haut-parleur a un amortissement élevé, c'est-à-dire un faible facteur de qualité.

Donc : dans la version la plus simple, c'est exactement l'inverse. Que signifie le pic d'impédance élevée à la fréquence de résonance ? Que la bobine mobile génère beaucoup de force contre-électromotrice, conçues pour freiner électriquement les oscillations du cône. Seulement avec cette inclusion, à travers une grande résistance, le courant nécessaire au fonctionnement du frein ne circule pas. Et lorsqu'un tel haut-parleur est allumé non pas pour des mesures, mais normalement, directement depuis l'amplificateur, le courant de freinage ira en bonne santé, la bobine deviendra un puissant obstacle aux oscillations immodérées du diffuseur à sa fréquence préférée.

Ceteris paribus, vous pouvez estimer grossièrement le facteur de qualité le long de la courbe, et rappelez-vous simplement : la hauteur du pic d'impédance caractérise le potentiel du frein électrique de l'enceinte, donc, plus il est élevé, plus le facteur de qualité est BAS. Une telle évaluation sera-t-elle exhaustive ? Pas tout à fait comme dit, elle restera impolie. En effet, dans la courbe d'impédance, comme déjà mentionné, des informations sur Qes et Qms sont enterrées, qui peuvent être extraites (manuellement ou à l'aide Programme d'ordinateur), après avoir analysé non seulement la hauteur, mais aussi la "largeur d'épaule" de la bosse résonnante.

Et comment le facteur de qualité affecte-t-il la forme de la réponse en fréquence du haut-parleur, est-ce cela qui nous intéresse ? Comment cela affecte - cela affecte de manière décisive. Plus le facteur de qualité est faible, c'est-à-dire plus les freins internes du haut-parleur à la fréquence de résonance sont puissants, plus la courbe caractérisant la pression acoustique générée par le haut-parleur passera près de la résonance. L'inégalité minimale dans cette bande de fréquence sera à Qts égale à 0,707, ce qui est communément appelé la caractéristique de Butterworth. À des valeurs élevées du facteur de qualité, la courbe de pression acoustique commencera à «booster» près de la résonance, on comprend pourquoi: les freins sont faibles.

Existe-t-il un « bon » ou un « mauvais » facteur de qualité totale ? En soi - non, car lorsque le haut-parleur est installé dans une conception acoustique, que nous ne considérerons désormais que comme une boîte fermée, sa fréquence de résonance et le facteur de qualité total deviendront différents. Pourquoi? Parce que ceci et cela dépendent de l'élasticité de la suspension du haut-parleur. La fréquence de résonance ne dépend que de la masse du système mobile et de la rigidité de la suspension. Lorsque la rigidité augmente, Fs augmente et lorsque la masse augmente, elle diminue. Lorsque le haut-parleur est installé dans une boîte fermée, l'air qu'il contient, qui a de l'élasticité, commence à fonctionner comme un ressort supplémentaire dans la suspension, la rigidité globale augmente, Fs augmente. Le facteur de qualité total augmente également, puisqu'il s'agit du rapport des forces élastiques aux forces retardatrices. Les capacités des freins de l'enceinte dès son installation dans un certain volume ne changeront pas (pourquoi pas ?), et l'élasticité totale augmentera, le facteur qualité augmentera inévitablement. Et il ne deviendra jamais inférieur à ce que l'orateur « nu » avait. Jamais, c'est la limite inférieure. De combien cela va-t-il augmenter ? Et cela dépend de la rigidité de la suspension de l'enceinte. Regardez: la même valeur de Fs peut être obtenue avec un diffuseur léger sur une suspension souple ou avec un diffuseur lourd sur une suspension dure, la masse et la rigidité agissent dans des directions opposées et le résultat peut s'avérer numériquement égal. Maintenant, si nous mettons un haut-parleur avec une suspension rigide dans un certain volume (ayant l'élasticité due à ce volume), alors il ne remarquera pas une légère augmentation de la rigidité totale, les valeurs de Fs et Qts ne changeront pas beaucoup. Mettons un haut-parleur avec une suspension souple au même endroit, en comparaison de la raideur dont le "ressort pneumatique" sera déjà important, et nous verrons que la raideur totale a beaucoup changé, ce qui signifie que Fs et Qts, initialement les mêmes que celles du premier intervenant, vont sensiblement changer.

Dans les temps sombres "pré-Tile", afin de calculer les nouvelles valeurs de la fréquence de résonance et du facteur de qualité (elles, à ne pas confondre avec les paramètres du haut-parleur "nu", sont désignées par Fc et Qtc), il fallait connaître (ou mesurer) directement l'élasticité de la suspension, en millimètres par newton de la force appliquée, connaître la masse du système mobile, et ensuite être malin avec les programmes de calcul. Thiel a proposé la notion de "volume équivalent", c'est-à-dire un tel volume d'air dans une boîte fermée, dont l'élasticité est égale à l'élasticité de la suspension du haut-parleur. Cette valeur, désignée Vas, est la troisième carte magique.

Carte trois, tridimensionnelle

Comment Vas est mesuré est une histoire à part, il y a des rebondissements amusants, et cela, comme je le dis pour la troisième fois, sera dans un numéro spécial de la série. Pour la pratique, il est important de comprendre deux choses. Premièrement : l'illusion extrêmement lochienne (hélas, néanmoins présente) que la valeur de Vas donnée dans les documents d'accompagnement au locuteur est le volume dans lequel le locuteur doit être placé. Et ce n'est là qu'une caractéristique de l'enceinte, qui ne dépend que de deux grandeurs : la rigidité de la suspension et le diamètre du cône. Si vous mettez le haut-parleur dans une boîte avec un volume égal à Vas, la fréquence de résonance et le facteur de qualité total augmenteront de 1,4 fois (c'est la racine carrée de deux). Si dans un volume égal à la moitié de Vas - 1,7 fois (la racine de trois). Si vous faites une boîte avec un volume d'un tiers de Vas, tout le reste doublera (la racine de quatre, la logique devrait déjà être claire sans formules).

Par conséquent, en effet, plus la valeur Vas du haut-parleur est petite, toutes choses égales par ailleurs, plus on peut espérer un design compact, tout en conservant les indicateurs prévus pour Fc et Qtc. La compacité, cependant, n'est pas gratuite. En acoustique, il n'y a pas de gratuit du tout. La faible valeur de Vas à la même fréquence de résonance du haut-parleur est le résultat d'une combinaison d'une suspension rigide avec un système mobile lourd. Et la sensibilité dépend surtout de la masse du "mouvement". Par conséquent, toutes les têtes de subwoofer, qui se caractérisent par la capacité de travailler dans des boîtiers fermés compacts, se caractérisent également par une faible sensibilité par rapport à leurs homologues à cônes lumineux, mais des valeurs Vas élevées. Il n'y a donc pas non plus de bonnes et de mauvaises valeurs de Vas, tout a son prix.

Préparé sur la base des documents du magazine "Avtozvuk", mars 2005.www.avtozvuk.com