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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK FAQ zu Lautsprechern und Subwoofern. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Lautsprecher Einführung In letzter Zeit wurden viele Fragen zu Lautsprechern und Subwoofern gestellt. Die überwiegende Mehrheit der Antworten findet sich auf den ersten drei Seiten jedes von Profis verfassten Buches. Das Material richtet sich in erster Linie an Anfänger, Faule ;) und ländliche Heimwerker, erstellt auf der Grundlage von Büchern von I.A. Aldoshchina, V.K. Ioffe, teilweise Ephrussi, Zeitschriftenveröffentlichungen in Wireless World, AM und (ein wenig) persönlicher Erfahrung. Informationen aus dem Internet und FIDOnet wurden NICHT verwendet. Das Material erhebt in keiner Weise den Anspruch, das Problem vollständig abzudecken, sondern ist ein Versuch, die Grundlagen der Akustik an den Fingern zu erklären. Am häufigsten klingt die Frage etwa so: „Ich habe einen Lautsprecher gefunden, was soll ich damit machen?“ Oder „Genosse, sagt man, dass es solche Subwoofer gibt?“. Hier betrachten wir nur eine Lösung für dieses Problem: Bauen Sie eine Box entsprechend dem vorhandenen Lautsprecher mit möglichst optimalen Parametern für tiefe Frequenzen. Diese Option unterscheidet sich stark von der Aufgabe des Fabrikdesigners – die niedrigere Frequenz des Systems auf den in den Spezifikationen geforderten Wert zu bringen [Q] Hashel anlässlich eines großen Redners ohne Erkennungszeichen. Wie findet man heraus, ob man daraus einen Subwoofer machen kann? [A] Die T/S-Parameter müssen gemessen werden. Entscheiden Sie sich anhand dieser Daten für die Art des HF-Designs. [Q] Was sind T/S-Parameter? [A] Der minimale Parametersatz zur Berechnung des von Till und Small vorgeschlagenen HF-Designs. [Q] Wie misst man T/S-Parameter? [A] Dazu müssen Sie einen Stromkreis aus einem Generator, einem Voltmeter, einem Widerstand und einem zu untersuchenden Lautsprecher zusammenbauen. Der Lautsprecher ist über einen Widerstand mit einem Widerstandswert von etwa 1 kOhm an den Ausgang des Generators mit einer Ausgangsspannung von mehreren Volt angeschlossen. 1. Wir entfernen V (F) = Frequenzgang des Lautsprecherwiderstands im Resonanzbereich. Der Lautsprecher muss sich während dieser Messung im freien Raum (fern von reflektierenden Oberflächen) befinden. Wir ermitteln den Widerstand des Lautsprechers bei Gleichstrom (das wird sich als nützlich erweisen), wir zeichnen die Resonanzfrequenz in der Luft Fs auf (dies ist die Frequenz, bei der die Voltmeterwerte maximal sind :), die Voltmeterwerte Uo bei der minimalen Frequenz (also zum Beispiel 10 Hz) und Um bei der Resonanzfrequenz Fs. 2. Wir finden die Frequenzen F1 und F2, bei denen die Kurve V(F) den Pegel V=SQRT(Vo*Vm) schneidet. 3. Wir finden Qts=SQRT(F1*F2)*SQRT(Uo/Um) / (F2-F1) das ist der Gesamtqualitätsfaktor des Sprechers, man könnte sagen, der wichtigste Wert. 4. Um Vas zu finden, müssen Sie eine kleine geschlossene Box mit dem Volumen Vc und einer Öffnung nehmen, die etwas kleiner als der Durchmesser des Diffusors ist. Platzieren Sie den Lautsprecher fest am Loch und wiederholen Sie die Messungen. Aus diesen Messungen benötigen Sie die Resonanzfrequenz des Lautsprechers im Gehäuse Fc. Wir finden Vas=Vc*((Fc/Fs)^2-1). Diese Technik wurde im Audio Store •4 für 99 geschrieben. Ich habe es nicht getestet. Es gibt andere, bei denen die mechanischen Parameter des Kopfes, die Masse, die Flexibilität usw. gemessen werden. [Q] Ich habe jetzt Lautsprechereinstellungen, was soll ich damit machen? [A] Bei der Gestaltung jedes Lautsprechers wird dieser auf eine bestimmte Art von akustischem Design abgestimmt. Um herauszufinden, was genau, werfen wir einen Blick auf den Qualitätsfaktor. Richtiger wäre es, die Köpfe nicht nach dem Qualitätsfaktor zu sortieren, sondern nach dem Wert von Fs/Qts. Ich werde aus dem Gedächtnis zitieren, Widerwillen, die Formeln zu berechnen. Elastizität, Fleischigkeit, Trockenheit und andere ähnliche Eigenschaften des von einem Basslautsprecher abgegebenen Klangs werden weitgehend durch das Einschwingverhalten des aus dem Lautsprecher, dem Niederfrequenzdesign und der Umgebung gebildeten Systems bestimmt. Damit dieses System keine Spitze in der Impulsantwort hat, muss sein Gütefaktor kleiner als 0,7 für Systeme mit Abstrahlung von einer Seite des Lautsprechers (geschlossen und Phasenwender) und 1,93 für Zwei-Wege-Systeme (Schirm und offen) sein kastenförmiges Design) [Q] Wo kann man über offenes Design lesen? [A] Offene Schubladen und Paravents sind die einfachste Art der Dekoration. Vorteile: einfache Berechnung, keine Erhöhung der Resonanzfrequenz (nur die Art des Frequenzgangs hängt von der Bildschirmgröße ab), nahezu unveränderter Qualitätsfaktor. Nachteile: große Größe der Frontplatte. Ausreichend kompetente und einfache Berechnungen dieser Art von Konstruktion finden sich in V.K. Ioffe, M. V. Lizunkov. Haushaltsakustische Systeme, M., Radio und Kommunikation. 1984. Ja, und im alten Radio gibt es wahrscheinlich primitive Funkamateurberechnungen. [Q] Wie berechnet man die geschlossene Box? [A] Es gibt zwei Arten von „Closed-Box“-Designs: Infinity-Bildschirm und Kompressions-Gimbal. Der Einstieg in die eine oder andere Kategorie hängt vom Verhältnis der Flexibilität der Lautsprecheraufhängung und der Luft in der Box ab, das mit Alpha bezeichnet wird (die erste lässt sich übrigens messen, die zweite kann durch Füllung berechnet und verändert werden). Bei einem unendlichen Bildschirm beträgt das Verhältnis der Flexibilität weniger als 3, bei einer Druckfederung mehr als 3-4. In erster Näherung können wir davon ausgehen, dass Köpfe mit einem höheren Qualitätsfaktor für einen Endlosbildschirm geschärft werden, mit einem kleineren für eine Kompressionsaufhängung. Für einen nach vorne gerichteten Lautsprecher hat eine geschlossene Infinity-Schallwandbox mehr Volumen als eine Kompressionsbox. (Im Allgemeinen gilt: Wenn ein Lautsprecher vorhanden ist, hat der optimale Fall dafür eine eindeutig definierte Lautstärke. Fehler, die bei der Messung von Parametern und Berechnungen aufgetreten sind, können durch Füllen in geringem Maße korrigiert werden.) Lautsprecher für geschlossene Gehäuse verfügen im Gegensatz zu Köpfen für offene Gehäuse über starke Magnete und weiche Aufhängungen. Die Formel für die Resonanzfrequenz des Lautsprechers bei der Gestaltung des Volumens V Fс=Fs*SQRT(1+Vas/V) und die Näherungsformel, die die Resonanzfrequenzen und Qualitätsfaktoren des Kopfes im Gehäuse (Index „c“) und im offenen Raum (Index „s“) verbindet, Fc/Qtc=Fs/Qts Mit anderen Worten: Der erforderliche Qualitätsfaktor des Akustiksystems kann nur durch die Wahl des Volumens des geschlossenen Kastens erreicht werden. Welche Qualität soll ich wählen? Menschen, die den Klang natürlicher Musikinstrumente noch nicht gehört haben, entscheiden sich in der Regel für Lautsprecher mit einem Qualitätsfaktor von mehr als 1,0. Lautsprecher mit einem solchen Qualitätsfaktor (=1.0) haben den geringsten ungleichmäßigen Frequenzgang im Tieftonbereich (und was hat der Klang damit zu tun?), auf Kosten einer kleinen Überschwingung im Einschwingverhalten. Der gleichmäßigste Frequenzgang wird bei Q=0.7 und eine völlig aperiodische Impulsantwort bei Q=0.5 erreicht. Nomogramme für Berechnungen können dem oben genannten Buch entnommen werden. [Q] In Artikeln über Kolumnen finden sich häufig Wörter wie „Annäherung nach Tschebyscheff, Butterworth“ usw. Was hat das mit Spalten zu tun? [A] Das Lautsprechersystem ist ein Hochpassfilter. Der Filter kann durch eine Übertragungskennlinie beschrieben werden. Die Übertragungskennlinie kann jederzeit an eine bekannte Funktion angepasst werden. In der Filtertheorie werden verschiedene Arten von Potenzfunktionen verwendet, die nach den Mathematikern benannt sind, die als erste an dieser oder jener Funktion gelutscht haben. Die Funktion wird durch die Ordnung (der maximale Exponent, d. h. H(s)=a*S^2/(b2*S^2+b1*S+b0) hat die zweite Ordnung) und einen Satz von Koeffizienten a und b bestimmt (aus diesen Koeffizienten kann man dann zu den Werten der realen Elemente des elektrischen Filters oder elektromechanischen Parametern gelangen). Es stellte sich heraus, dass die Kombinationseigenschaften von Lautsprecher und Gehäuse (oder Kapazitäten und Induktivitäten in einem elektrischen Filter) so sind, dass die Frequenz- und Phaseneigenschaften mit größter Genauigkeit an das eine oder andere Polynom angepasst werden können. Den glattesten Frequenzgang erhält man, wenn er durch das Butterworth-Polynom angenähert werden kann. Die Chebyshev-Näherung zeichnet sich durch einen wellenförmigen Frequenzgang und eine größere Länge des Arbeitsabschnitts (nach GOST bis zu -14 dB) zu den niedrigeren Frequenzen aus. [Q] Welche Art der Näherung soll für einen Phasenwechselrichter gewählt werden? [A] Bevor Sie also einen einfachen Phasenwechselrichter bauen, müssen Sie das Volumen des Kastens und die Abstimmfrequenz des Phasenwechselrichters (Rohr, Loch, Passivstrahler) kennen. Wenn Sie den glattesten Frequenzgang als Kriterium wählen (und dies ist nicht das einzig mögliche Kriterium), dann erhalten Sie die folgende Tabelle: A) Qts < 0,3 – die Kurve quasi dritter Ordnung wird am glattesten sein. B) Qts = 0,4 – besser beschrieben durch Butterworth-Kurven. C) Qts > 0,5 – Sie müssen laut Chebyshev Wellen auf dem Frequenzgang zulassen. Im Fall A) wird der Phasenwechselrichter 40–80 % oberhalb der Resonanzfrequenz abgestimmt, im Fall B) auf der Resonanzfrequenz, im Fall C) unterhalb der Resonanzfrequenz. Darüber hinaus ergibt sich in diesen Fällen ein unterschiedliches Gehäusevolumen. Um die genauen Abstimmfrequenzen zu ermitteln, muss man die Originalformeln verwenden, die umständlich genug sind, um hier angegeben zu werden. Deshalb schicke ich Interessierte zum AudioMagazin für 1999, nach diesem Bildungsprogramm wird es dort bereits möglich sein, es herauszufinden, oder zu Aldoshinas Büchern. Und sogar Ephrussis Artikel im Radio für 69 werden passen. Abschluss Wenn Sie, nachdem Sie das alles gelesen haben, immer noch den Wunsch verspüren, selbst etwas zu nieten, dann können Sie ein Programm wie WinspeakerZ im Internet nehmen: trueaudio.com/downloads/winspkse.exe und alles selbst berechnen, wobei Sie bedenken, dass Sie aus G keine Süßigkeiten machen können. Sie sollten sich nicht zu einer Absenkung der Grenzfrequenz hinreißen lassen und auf keinen Fall versuchen, die Abnahme des Frequenzgangs des Verstärkers auszugleichen. Der Frequenzgang gleicht sich möglicherweise ein wenig aus, der Klang wird jedoch durch eine Fülle von Obertönen und Subharmonischen angereichert. Im Gegenteil: Die besten Ergebnisse hinsichtlich des Hörkomforts lassen sich erzielen, indem man die tiefsten Frequenzen am PA-Eingang gewaltsam zerstört, d. h. Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz des Tieftöners. Noch ein Hinweis zu Phasenwechselrichtern: Ein Fehler bei der Abstimmung der Resonanzfrequenz eines Phasenwechselrichters um 20 % führt zu einem Anstieg oder einer Abnahme des Frequenzgangs um 3 dB. Ja, ich hätte fast vergessen, Subwoofer zu erwähnen, die eigentlich Bandpass-Resonatoren sind. Der Gütefaktor der Lautsprecher dürfte für sie noch geringer sein. Der einfachste Bandpass ist auch berechenbar, aber da hört meine Höflichkeit auf. Veröffentlichung: cxem.net
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