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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Akustisches Design mit dem JBL Speakershop-Programm. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Lautsprecher Das Akustikdesign oder die Box, die Sie für den Subwoofer wählen, ist der entscheidende Faktor für die Erzielung eines hochwertigen Klangs im Niederfrequenz-Bassbereich.“ Aus der JBL-Beschreibung von „Auto-Subwoofer“. Verbringen Sie Zeit damit, darüber zu diskutieren, was ein Subwoofer ist und warum er ein akustisches Design und dementsprechend eine Software für seine Berechnung benötigt (siehe „12 Volt Master“ N 1/97, S. 52, N 5/97, S. 18, N 1/ 98, S. 62), wahrscheinlich nicht notwendig. Kommen wir gleich und direkt zum Betrachtungsgegenstand – der von JBL-Spezialisten erstellten Computersoftware SPEAKERSHOP für die Entwicklung und Berechnung der Parameter des akustischen Designs von Subwoofern. Machen wir sofort einen Vorbehalt, dass das Programm in Bezug auf die Heimakustik gut funktioniert, dies ist jedoch nicht unser Fall und dass Sie damit Berechnungen nicht nur für JBL-Lautsprecher, sondern tatsächlich für eine Vielzahl von Produkten durchführen können – wenn auch nur die Werte der notwendigen Merkmale waren bekannt. JBL SPEAKERSHOP ist eine Software, die russischen Installateuren teilweise bekannt ist. Er gelangte auf verschiedene Weise zu ihnen, unter anderem über das Internet. In diesem Jahr hat JBL einen exklusiven Distributor für den Car-Audio-Bereich in Russland – MMS. Jetzt ist SPEAKERSHOP für jedermann verfügbar und MMS-Kunden erhalten die Originalversion zusammen mit einer detaillierten Beschreibung auf Russisch. SPEAKERSHOP besteht aus zwei unabhängigen und sich ergänzenden Teilen: Enclosure Module – zur Berechnung des akustischen Designs und Crossover Module – zur Berechnung der Parameter von Trennfiltern. Fangen wir also der Reihe nach an. Gehäusemodul Mit dieser Software können Sie Volumen und Abmessungen des Gehäuses ermitteln und die Klangqualität beurteilen. Der Entwurf wird in zwei Schritten analysiert. Der erste Schritt besteht darin, zu bestimmen, wie es bei normaler Hörlautstärke funktioniert. Dieses Verfahren wird Kleinsignalanalyse genannt und umfasst die Berechnung des Amplituden- (Frequenz-)Ansprechverhaltens, des Schwingspulen-Impedanzverhaltens, des Phasenverhaltens und der Gruppenverzögerung. Zweitens wird der maximale Lautstärkemodus für die Struktur simuliert. Dieser Schritt wird als Großsignalanalyse bezeichnet und umfasst thermisch-akustische Leistungsstandards im Mittelfrequenzbereich und maximale Leistungseigenschaften bei verschiedenen Auslenkungen. Zwei Möglichkeiten, das Programm zu verwenden Es gibt zwei Möglichkeiten, Gehäuse mit dem SPEAKERSHOP Enclosure Module-Programm zu entwerfen. Eine davon besteht darin, ein Gehäuse für bestimmte ausgewählte Lautsprecher zu entwerfen. Gleichzeitig variieren die Charakteristika des Falles. Eine andere Möglichkeit besteht darin, passende Lautsprecher für Ihr vorhandenes Gehäuse zu finden: Sie wählen Lautsprechermodelle aus. Die Entwurfsmethode kann mit dem Befehl „Variable“ im Menü „Optionen“ ausgewählt werden. Wenn das Programm SPEAKERSHOP Enclosure Module zum ersten Mal gestartet wird, wird der Standardmodus eingestellt, in dem die zu ändernden Parameter die Eigenschaften des akustischen Designs sind.
Die Tabelle enthält Spalten zum Entwerfen von sechs Fällen. Die ersten drei sind für die Berechnung von Gehäusen mit Bassreflex gedacht – für optimale, individuelle (also vom Meister selbst entworfene) Designs und für Gehäuse, die für ein bestimmtes Frequenzband ausgelegt sind. In der nächsten Spalte geht es um ein individuelles Gehäusedesign für Passivkühler. Die letzten beiden Spalten dienen der optimalen und individuellen Gestaltung geschlossener Gehäuse. Da in der Tabelle gleichzeitig verschiedene Arten von Designs angezeigt werden, können Sie diese problemlos vergleichen. Die Lautsprechereinstellungen werden im unteren linken Bereich der Tabelle angezeigt. Die folgende Grafik ist für beide Methoden gleich. Der Modus, in dem der Variablenwert der Lautsprecher selbst ist, wird mit dem Befehl „Variable-Lautsprecher“ im Menü „Optionen“ eingestellt. Dies ist der Fall, wenn Sie für einen bestehenden Fall geeignete Lautsprecher auswählen. Der Modus ist sehr praktisch für die Berechnung der Tonwiedergabesysteme von Autos, wenn es darum geht, einen Lautsprecher für eine genau festgelegte Lautstärke auszuwählen, da Sie so schnell die Funktion mehrerer verschiedener akustischer Systeme in einem bestimmten Gehäuse oder in einem bestimmten Fall überprüfen können begrenzter Platz. Der Modus mit variablen Lautsprechern verwendet eine andere Art von Tabellenmenü. Anstatt sechs verschiedene Gehäusedesigns anzuzeigen, wie es im Variable-Box-Modus der Fall ist, werden sechs verschiedene Lautsprecher gleichzeitig angezeigt. Dadurch ist ein schneller Vergleich von bis zu sechs verschiedenen Modellen möglich. Lautsprecheroptionen Wenn Sie noch neu in der Konstruktion von Akustikgehäusen sind oder es eilig haben und nur die minimalen Parameter eingeben möchten, die für die Konstruktion des Gehäuses erforderlich sind, wählen Sie im Menü „Lautsprecher“ die Option „Parameter-Minimum“. Es erscheint ein Fenster, in dem Sie die Mindestparameter eingeben können, darunter den Namen des Herstellers (Manufacturer), den Namen des Modells (Model), Fs, Vas und Qts. Nur bei der Konstruktion von Gehäusen mit Bassreflex muss der Nennwirkungsgrad bzw. die Nennempfindlichkeit eingegeben werden. Um vollständige Parameter (mechanisch, elektrisch, kombiniert) einzugeben, wählen Sie den entsprechenden Befehl aus. Im Folgenden erläutern wir kurz die Parameterbezeichnungen. Mechanische Parameter Fs - Eigenresonanzfrequenz des Lautsprechers (Hz). qms - Der Qualitätsfaktor des Lautsprechers bei der Frequenz Fs, wenn seine mechanischen (nicht elektromagnetischen) Verluste oder Dämpfung berücksichtigt werden. Vas - Ein Luftvolumen mit einer Elastizität, die der der Lautsprecherhalterung entspricht (Kubikfuß oder Zoll oder Liter). cms - Mechanischer Nachgiebigkeitskoeffizient der Aufhängung (Zoll pro Pfund oder Millimeter pro Newton). MMS - Mechanische Masse des Diffusors unter Berücksichtigung der aerodynamischen Belastung (Unzen oder Gramm). Effektivwert - Mechanischer Widerstand in der Lautsprecheraufhängung (Pfund pro Sekunde oder Kilogramm pro Sekunde). Weihnachten - Die maximale oder maximale lineare Amplitude der Schwingspule des Lautsprechers (Zoll, Zentimeter oder Millimeter). Typischerweise definiert als die Entfernung, die eine Spule in eine Richtung zurücklegen kann, während sie dennoch in der Lage ist, eine konstante Anzahl von Schwingungen im Magnetspalt aufrechtzuerhalten. Dieser Parameter bestimmt die maximale Schwingungsamplitude, bei der keine Verzerrung auftritt. Sd - „Kolben-/Kegelfläche“ des Lautsprechers (Quadratzoll oder Quadratzentimeter). Stellt den Bereich des beweglichen Teils des Lautsprechers dar. Dia - "Kolbendurchmesser" (Zoll oder Zentimeter). Kombinierte Optionen Menge - Gütefaktor des Lautsprechers für den Frequenzwert Fs unter Berücksichtigung aller elektromagnetischen und mechanischen Verluste. ho - Der Nennwirkungsgrad des Lautsprechers bei einer akustischen Belastung von halber Lautstärke (der Reflektor befindet sich im Unendlichen). Der Wirkungsgrad wird in Prozent eingegeben. SPL - Nennempfindlichkeit des Lautsprechers bei einer akustischen Belastung mit halber Lautstärke (der Reflektor befindet sich im Unendlichen). Eingegeben in Dezibel. Die Empfindlichkeit wird entlang der Achse in einem Abstand von 1 Meter gemessen, wenn 1 W elektrische Leistung an den Lautsprecher angelegt wird. Da viele Hersteller ihre Lautsprecher mit einer festen Spannung von 2,83 V statt mit 1 W testen, gibt es im Fenster „Vollständige Lautsprecherparameter“ die Option „2,83 V“. Elektrische Parameter was - Q-Dynamik für den Frequenzwert Fs. Ermöglicht nur elektromagnetische (nicht mechanische) Verluste oder Vibrationsdämpfung. Re - Gleichstromwiderstand der Schwingspule (Ohm). Le - Induktivität der Schwingspule (Millihenry). Z - Nominale elektromagnetische Impedanz des Lautsprechers (normalerweise 8 oder 4 Ohm). BL - Lautsprechermotorleistung (Newton/Ampere, Meter/Tesla, Pfund/Ampere oder ft/Tesla). Pe - Thermisch begrenzte maximale elektrische Leistung (W), die der Lautsprecher verarbeiten kann. Stellt normalerweise die maximale elektrische Leistung dar, ohne dass die Schwingspule durchbrennt. Sprecherdatenbank Die Datenbank speichert die Werte aller notwendigen Eigenschaften einer Vielzahl von Lautsprechern verschiedener Hersteller. Der „Feuersektor“ ist sehr breit gefächert; zur Veranschaulichung genügt es, mehrere Unternehmen vom Anfang der Liste aufzulisten: A&S Speakers, Acoustic Research, AcousticPro – und vom Ende: Xtasy Audio, Yamaha, Zachry. Wenn Sie das gesuchte Modell nicht gefunden haben, können Sie es natürlich zusammen mit seinen Eigenschaften zur Datenbank hinzufügen und so die darin enthaltenen Informationen erweitern. Wenn Sie darüber hinaus die Möglichkeit haben, die Amplituden-Frequenz-Eigenschaften des Lautsprechers in einem speziellen Testfall-Bildschirm zu messen oder diese Daten vom Hersteller zu erhalten, besteht die Möglichkeit, experimentelle Werte Punkt für Punkt einzugeben. Es ist klar, dass das Hinzufügen experimenteller Daten die Genauigkeit der Berechnungsergebnisse erhöhen wird. Das Programm ermöglicht auch die automatische Auswahl von Lautsprechermodellen, die vorab festgelegte Bedingungen erfüllen. Es reicht aus, den Bereich der Fs- und Qts-Werte zu bestimmen – und das Programm bietet sofort eine Reihe von Modellen an, die für das gewählte Akustikdesign geeignet sind. Akustische Gehäuse und ihre Parameter 1. Phasenwender Das Ziel der Optimierung des Designs eines Gehäuses mit Bassreflex ist die Auswahl einer Lautstärke, die im Bereich der Abstimmfrequenzen der Bassreflexöffnung einen möglichst gleichmäßigen und gleichmäßigen Amplitudengang bietet.
1) Ein System mit einer großen Basswiedergabe und ein System mit einer „sanfteren“ Bassfrequenzwiedergabe; 2) Ein unzureichend gedämpftes System (das Volumen der Box ist klein) und ein überdämpftes System (das Volumen der Box ist groß) Die Vorteile dieses Designs sind ein besserer Mittel- und Tieffrequenzgang, weniger Verzerrungen aufgrund einer kleineren Membranamplitude, ein höherer Wirkungsgrad und geringere Gesamtkosten. Das Design des Gehäuses mit Bassreflex reagiert relativ empfindlich auf Änderungen der Lautsprecherparameter. In einem solchen Fall funktionieren Lautsprecher mit relativ niedrigen Qts (von 0,2 bis 0,5) besser. Bassreflex-Gehäusedesigns ermöglichen eine deutlich höhere Resonanzfrequenz (Fs) sowie die Verwendung von Schwingspulen mit kürzeren Wicklungsabständen (niedriger Xmax) und steiferer Aufhängung (kleines Vas) als geschlossene Gehäusedesigns. Die Verkleinerung eines Bassreflexgehäuses erfordert niedrigere Qts und niedrigere Vas. 2. Bandpass-Design (ein Gehäuse mit einem Bassreflexgerät, das ein bestimmtes Frequenzband zuweist) Band-Pass ist ein Box-Design, mit dem Sie dank der Verwendung eines Doppelkammergehäuses den Amplitudengang sowohl im unteren als auch im oberen Frequenzbereich steuern können. Darüber hinaus befinden sich die Lautsprecher im Inneren des Gehäuses. (Bei mehr als einem Lautsprecher können Gehäuse mit drei Kammern usw. verwendet werden)
Das Bandpass-Design bedeutet, dass Sie Lautsprecher verwenden können, die einen höheren Q-Wert (kleinere Magnete) haben als Lautsprecher, die mit anderen Bassreflex-Gehäusedesigns verwendet werden. Es sorgt für geringere Verzerrungen (Verzerrungen höherer Ordnung werden herausgefiltert), erhöht die Effizienz im gesamten Betriebsfrequenzband und erfordert praktisch keinen Tiefpassfilter. Zu den Nachteilen des Bandpasses gehören die „Orgelpfeifen“-Resonanz höherer Ordnung für den Port, die die Grenzfrequenz der oberen Frequenzwerte bestimmt, sowie die Komplexität des Designs. Das Bandpass-Design reagiert sehr empfindlich auf den Q-Wert des Lautsprechers. Designs 4. Ordnung funktionieren am besten mit Lautsprechern, deren Qts nahe bei 0,4 liegen, und Designs 6. Ordnung funktionieren am besten mit Lautsprechern, deren Qts nahe bei 0,5 liegen. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Qts, desto schmaler das Frequenzband. Je niedriger der Qts-Wert ist, desto breiter ist er, aber gleichzeitig nimmt auch die Ungleichmäßigkeit der Eigenschaften im Betriebsfrequenzband zu. Die Koeffizienten Vas und Cms haben keinen großen Einfluss auf das Design. 3. Akustisches Design mit einem passiven Strahler (Emitter) Als Gehäuseöffnung fungiert ein Passivstrahler (ähnlich einem normalen Lautsprecher, jedoch ohne Magnetsystem und Schwingspule). Aus diesem Grund verhält sich ein Passivstrahlergehäuse in vielen Fällen ähnlich wie ein Bassreflexgehäuse.
Die Vorteile eines Gehäusedesigns mit Passivstrahler sind die gleichen wie bei einem Gehäuse mit Bassreflex, plus der Möglichkeit, ein kleineres Gehäuse zu verwenden, das jedoch nicht immer einen Port in der erforderlichen Größe aufnehmen kann. Dadurch wird sichergestellt, dass die Rückabstrahlung interner Geräusche aus dem Gehäuse minimiert und die Amplitude der Lautsprechermembran im Bereich unterhalb der Systemresonanz reduziert wird. Letzterer Vorteil ergibt sich aus der Fähigkeit des Passivstrahlers, die Lautsprecherlast bei sehr niedrigen Frequenzen zu unterstützen. Zu den Nachteilen des Gehäusedesigns mit Passivstrahler zählen erwartungsgemäß die Nachteile des Gehäuses mit Bassreflex sowie das schlechte Einschwingverhalten bei der Resonanzfrequenz des Passivstrahlers (Fp). Ein Passivstrahler erfordert typischerweise eine größere lineare Bewegung des Kegels als ein Tieftöner. Die Komplexität des Designs ist natürlich auch ein Nachteil. 4. Geschlossener Kasten Die Vorteile des geschlossenen Gehäusedesigns liegen in seiner Einfachheit und meist geringen Größe. Abweichungen in den Lautsprechereigenschaften wirken sich oft weniger stark auf die Klangqualität aus. Ein flacherer Amplitudengang und die Möglichkeit zum Einsatz mit leistungsstarken Verstärkern (da die Lautsprecher bei tiefen Frequenzen nicht entlastet werden, wie es beim Arbeiten mit Bassreflexgehäusen der Fall ist) sind ebenfalls von Vorteil. Die Nachteile der geschlossenen Gehäusebauweise sind ein geringerer Wirkungsgrad als bei der Verwendung eines Gehäuses mit Bassreflex. Typischerweise schneiden in einem geschlossenen Design Lautsprecher mit einem Qualitätsfaktor von mehr als 0,3, einem niedrigen Fs-Wert und hohen Xmax- und Vas-Werten gut ab. Um das Volumen der Box zu reduzieren, sind niedrigere Werte der Qualitätsfaktoren Qts und Vas erforderlich.
Unzureichend gedämpftes System (Kastenvolumen ist klein) und überdämpftes System (Kastenvolumen ist groß) Nachfolgend sind die Parameter der Akustikboxen aufgeführt, die in den Berechnungen verwendet wurden. Vb - Das Innenvolumen der Box. F3 - Nennfrequenz (Hz) bei halber Leistung -3 dB. Es handelt sich um einen Punkt, der 3 dB unterhalb des Knies der Amplitudenkennlinie liegt und an dem der Frequenzgang im Niederfrequenzbereich abzufallen beginnt. Fb - Resonanzfrequenz für ein Gehäuse mit Bassreflex (Hz). QL - Der Wert des Qualitätsfaktors für den Fall ist die Summe aller Verluste. Kisten mit einem Volumen von weniger als 11 Kubikfuß (311 Liter) haben typischerweise einen QL-Wert nahe 7. Kisten mit größeren Volumina haben einen QL von etwa 5. Dampf - Ein Luftvolumen mit einer Elastizität, die der einer passiven Kühleraufhängung entspricht (Kubikfuß oder Zoll oder Liter). Fp - Eigenresonanzfrequenz des Passivstrahlers (Hz). Qtc - Der Wert des Qualitätsfaktors für den Fall eines geschlossenen Typs. Dv – Der Durchmesser oder die Querschnittsfläche einer Öffnung oder eines Kanals in einem Bassreflexgehäuse. Lv - Die Länge des Ports oder Kanals in einem Gehäuse mit Bassreflex. Ausgabediagramme
In diesem Programm können Sie auf sechs Diagramme mit unterschiedlichen Eigenschaften zugreifen. Dies sind Diagramme von: normalisiertem Amplituden-Frequenzgang (oft als Frequenz- oder Amplitudengang bezeichnet), Amplitudengang, wenn ein 2,83-V-Signal an den Eingang angelegt wird, maximaler Schallleistung, Eigenschaften des Schwingspulenwiderstands, Phasen- und Gruppenverzögerungen. Spezielle Notiz
Charakteristischer „Buckel“ aufgrund der Übertragungsfunktion der Kabine Diese Bemerkung betrifft die Übertragungsfunktion des Fahrzeuginnenraums. Die Besonderheit besteht darin, dass die berechneten Amplituden-Frequenz-Eigenschaften des Systems, die in den resultierenden Diagrammen angezeigt werden, sehr stark vom jeweiligen Fahrzeug (Größe, Design usw.) abhängen, in dem das gesamte Basslautsprechersystem untergebracht wird. Die obige Grafik zeigt, dass der Innenraum eines Autos zu erheblichen Veränderungen im Frequenzgang führt, wobei bei Frequenzen im Bereich von 30–50 Hz ein „Buckel“ entsteht. Die Frage der Übertragungsfunktion der Kabine wurde in „Master 12 Volt“ N 1/98 behandelt, die experimentellen Messergebnisse werden im nächsten Artikel derselben Ausgabe der Zeitschrift vorgestellt. In den meisten Berechnungsprogrammen wird davon ausgegangen, dass es sich bei der Übertragungsfunktion um eine Art universell gemittelte Funktion handelt, und SPEAKERSHOP bildet in dieser Hinsicht keine Ausnahme. Es erfolgt zwar eine punktweise Eingabe der experimentell gemessenen Übertragungsfunktion. Durch die Möglichkeit der Nutzung experimenteller Daten kann die Genauigkeit der Berechnungen deutlich erhöht werden. Nun, wenn solche Daten nicht vorliegen, dann stehen bei der Frage, was mit den Amplituden-Frequenz-Eigenschaften des Basses in verschiedenen Automodellen geschieht, die Erfahrung und Intuition des Installateurs an erster Stelle. Crossover-Modul Mit dieser Software können Sie passive Zwei- und Dreiwege-Frequenzweichensysteme von der ersten (6 dB/Okt) bis zur vierten (24 dB/Okt) Ordnung und einer Reihe von Filtertypen berechnen: Bessel, Butterworth, Chebychev, Gaussian, Legendre, Linear -Phase und Linkwitz-Riley.
Als Ergebnis der Berechnungen erscheint auf dem Monitorbildschirm ein elektrischer Schaltplan des vom Benutzer ausgewählten Crossover-Systems, der die genauen Eigenschaften seiner Elemente angibt.
Als Ergebnis der Berechnungen erscheint auf dem Monitorbildschirm ein elektrischer Schaltplan des vom Benutzer ausgewählten Crossover-Systems, der die genauen Eigenschaften seiner Elemente angibt. Veröffentlichung: cxem.net
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