Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Динамикалық динамиктің драйверінің басты электрлік сипаттамасы – бұл оның жиілікке байланысты электрлік кедергісі. Оны график түрінде көрсетуге болады, бұл график кедергі қисығы деп аталады.
none
The chief electrical characteristic of a dynamic loudspeaker's driver is its electrical impedance as a function of frequency. It can be visualized by plotting it as a graph, called the impedance curve.
Түсіндірме
Драйвердің ең көп таралған түрі – диафрагмамен (әдетте конус) қатты байланыстырылған дауыс катушкасын пайдаланатын электромеханикалық түрлендіргіш. Басқа түрлерде де акустикалық ортасы мен электрлік қасиеттері арасында ұқсас байланыс бар, бірақ бұл байланыс егжей-тегжейлі түрде өзгеше. Қозғалмалы катушкалы драйверлердегі дауыс катушкасы динамиктің магниттік құрылымымен жасалған магнит өрісінде орналасқан. Электр тогы дауыс катушкасынан (электрондық күшейткіштен) өткен кезде, катушканың өзі құрайтын магнит өрісі, магниттің тұрақты өрісіне қарсы әрекет етеді және дауыс катушкасын (сонымен қатар конусты) қозғайды. Көкейкес ток конусты алға-артқа жылжитады.
The most common driver type is an electro mechanical transducer using a voice coil rigidly connected to a diaphragm (generally a cone). Other types have similar connections, though differing in detail, between their acoustical environment and their electrical properties. The voice coil in moving coil drivers is suspended in a magnetic field provided by the loudspeaker magnet structure. As electric current flows through the voice coil (from an electronic amplifier), the magnetic field created by the coil reacts against the magnet's fixed field and moves the voice coil (and so the cone). Alternating current will move the cone back and forth.
Резонанстық
Динамиктің қозғалыс жүйесі – конус, конус серігі, өрмекше және дауыс катушкасынан – тиімді масса (серіппелі-масса жүйесі) ретінде модельделуі мүмкін, яғни серіппеге ілінген масса. Бұл жүйеге тән массасы, серіппелік қасиеті және жүйе еркін тербелетін резонанстық жиілігі бар. Бұл жиілік динамиктің "бос кеңістіктегі резонансы" деп аталады және Fs арқылы белгіленеді. Осы жиілікте дауыс катушкасы динамиктің магнит өрісінде максималды амплитудамен және жылдамдықпен дірілдейді. Бұл қозғалыс тудырған кері ЭҚК да максималды мәнге жетеді. Динамиктің электрлік импедансы кері ЭҚК-қа және, демек, қолданылатын жиілікке байланысты өзгереді. Импеданс Fs жиілігінде максималды болады, графикте Zmax деп көрсетілген. Резонанстан төмен жиіліктерде импеданс жиілік Fs-ке жақындаған сайын тез өседі және индуктивтік сипатқа ие. Резонанс кезінде импеданс толығымен кедергілі болады. Жиілік Fs-тен жоғарылағанда импеданс төмендейді және сыйымдылыққа ұқсас мінез-құлық көрсетеді. Импеданс белгілі бір жиілікте ең төменгі мәнге, Zmin-ге жетеді, онда мінез-құлық белгілі бір диапазон бойынша кедергілі болады. Динамиктің номиналды импедансы (Znom) осы Zmin мәнінен шығарылады, бұл туралы кейін түсіндіріледі. Zmin нүктесінен кейін импеданс қайтадан индуктивтік болып табылады және жиілікпен біртіндеп өсе береді. Fs жиілігі және оның үстіндегі және астындағы импеданстың Zmax мәніне тең болатын жиіліктер динамиктің T/S параметрлерін анықтау үшін маңызды. Бұл параметрлер, мысалы, драйверге, әсіресе төмен жиілікті драйверлерге қолайлы корпус құру үшін қолданылуы мүмкін. Шындығында, Fs өзі Тиле/Смолл параметрлерінің бірі болып табылады.
The moving system of the loudspeaker—consisting of the cone, cone suspension, spider, and voice coil—can be modeled as an effective mass (spring–mass system), a mass suspended by a spring. This system has a characteristic mass and stiffness, and a resonant frequency at which the system will vibrate freely. This frequency is known as the "free space resonance" of the loudspeaker and is designated by Fs. At this frequency, the voice coil is vibrating in the speaker's magnetic field with maximum peak to peak amplitude and velocity. The back EMF generated by this movement is also at its maximum. The electrical impedance of the speaker varies with the back EMF and thus with the applied frequency. The impedance is at its maximum at Fs, shown as Zmax in the graph. For frequencies just below resonance, the impedance rises rapidly as the frequency increases towards Fs and is inductive in nature. At resonance, the impedance is purely resistive. As the frequency increases above Fs, the impedance drops—it behaves capacitively. The impedance reaches a minimum value, Zmin, at some frequency where the behaviour is fairly resistive over some range. A speaker's rated or nominal impedance (Znom) is derived from this Zmin value, explained ahead. Beyond the Zmin point the impedance is again largely inductive and continues to rise gradually with frequency. The frequency Fs and the frequencies above and below it where the impedance is Zmax are important in determining the loudspeaker's T/S parameters. These can be used, for example, to design a suitable enclosure for the driver, especially for low frequency drivers. In fact Fs is itself one of the Thiele/Small parameters.
Жүк кедергісі мен күшейткіштер
Дауыс берушінің кедергісінің өзгеруі дыбыс күшейткішін жобалау кезінде маңызды фактор болып табылады. Мұндай өзгерістерге бейімделген күшейткіштер, басқа да артықшылықтарымен қатар, сенімдірек жұмыс істейді. Динамикті күшейткішке дұрыс таңдау үшін екі негізгі мәселені ескеру қажет.
The variation in loudspeaker impedance is a consideration in audio amplifier design. Among other things, amplifiers designed to cope with such variations are more reliable. There are two main factors to consider when matching a speaker to an amplifier.
Ең төменгі кедергі
Бұл импеданс пен жиілік арақатынасындағы ең төменгі мән, ол әрқашан дауыс катушкасының тұрақты ток кедергісінен жоғары болады, яғни оммаметрмен өлшенгендей. Ең төменгі импеданс маңызды, себебі импеданс неғұрлым төмен болса, бірдей қозғалту кернеуінде ток соғұрлым күшті болуы керек. Күшейткіштің шығыс құрылғылары белгілі бір максималды ток деңгейіне есептелген, және бұл деңгейден асып кеткен жағдайда құрылғылар кейде жылдам, ал кейде баяу бұзылуы мүмкін.
This is the minimum value in the impedance vs. frequency relationship, which is always higher than the DC resistance of the voice coil, i. e., as measured by an ohmmeter. Minimum impedance is significant because the lower the impedance, the higher the current must be at the same drive voltage. The output devices of an amplifier are rated for a certain maximum current level, and when this is exceeded the device(s) sometimes, more or less promptly, fail.
Номиналды импедансы
Дауыс берушілердің импедансының аудио жиіліктерінде реактивті болуына байланысты, динамиктерге "импеданс" көрсеткіші үшін бір мән беру принципиалды түрде мүмкін емес, жоғарыдағы импеданс-жиілік қисығынан көрініп тұрғанындай. Дауыс берушінің номиналды импедансы – бұл аудио жиіліктерінің көп бөлігіндегі дауыс берушінің импеданс мәнін шамамен сипаттайтын, ыңғайлы бір сандық көрсеткіш. Дауыс берушінің номиналды импедансы былай анықталады:
Due to the reactive nature of a speaker's impedance over the audio band frequencies, giving a speaker a single value for 'impedance' rating is in principle impossible, as one may surmise from the impedance vs. frequency curve above. The nominal impedance of a loudspeaker is a convenient, single number reference that loosely describes the impedance value of the loudspeaker over a majority of the audio band. A speaker's nominal impedance is defined as:
График ашық ауада (қандай да бір корпусқа орнатылмаған) бір дауыс берушінің импеданс қисығын көрсетеді. Үйдегі Hi-Fi дауыс берушілер жүйесі әдетте екі немесе одан көп драйверден, сигналды жиілік бойынша бөліп, оларды драйверлерге дұрыс бағыттайтын электрлік кроссовер желісінен және осы компоненттердің барлығы орналасқан корпустан тұрады. Мұндай жүйенің импеданс қисығы өте күрделі болуы мүмкін, ал жоғарыдағы қарапайым формула оңай қолданылмайды. Тұтынушылық дауыс берушілер жүйесінің номиналды импеданс көрсеткіші, берілген күшейткішке дұрыс дауыс берушіні таңдауға көмектеседі (немесе керісінше). Егер үйдегі Hi-Fi күшейткіші 8 Ом немесе одан жоғары жүктемелерді талап етсе, күшейткіш жобаланғаннан артық ток шығаруға мәжбүр болмас үшін, төменгі импедансы бар дауыс берушілерді пайдаланудан сақтану керек. 8 Ом немесе одан жоғары көрсеткіші бар күшейткіште 4 Ом дауыс берушілер жүйесін пайдалану күшейткіштің бұзылуына әкелуі мүмкін.
The graph shows the impedance curve of a single loudspeaker driver in free air (unmounted in any type of enclosure). A home hi fi loudspeaker system typically consists of two or more drivers, an electrical crossover network to divide the signal by frequency band and route them appropriately to the drivers, and an enclosure that all these components are mounted in. The impedance curve of such a system can be very complex, and the simple formula above does not as easily apply. The nominal impedance rating of consumer loudspeakers systems can aid in choosing the correct loudspeaker for a given amplifier (or vice versa). If a home hi fi amplifier specifies 8 ohm or greater loads, care should be taken that loudspeakers with a lower impedance are not used, lest the amplifier be required to produce more current than it was designed to handle. Using a 4 ohm loudspeaker system on an amplifier specifying 8 ohms or greater could lead to amplifier failure.
Импеданс фаза бұрышы
Жиілік бойынша жүктеменің кедергісінің өзгеруі күшейткіштің кернеуі мен тогының шығысы арасындағы фазалық қатынастың өзгеруіне әкеледі. Кедергілік жүктеме үшін, әдетте (бірақ әрдайым емес) күшейткіштің шығыс құрылғыларындағы кернеу жүктеме тогы ең аз болғанда (және жүктемедегі кернеу ең аз болғанда) максималды болады, және керісінше, нәтижесінде осы құрылғылардағы қуаттың ысырабы ең төмен болады. Бірақ драйвер/кроссовер жүктемесінің күрделі және өзгермелі табиғаты және оның кернеу мен ток арасындағы фазалық қатынасқа тигізетін әсеріне байланысты, ток міндетті түрде кернеудің максималды болған кезде ең аз болмайды – бұл күшейткіштің шығыс сатысында қуаттың ысырабының артуына, ал одан шығыс құрылғыларында қызу пайда болуына себеп болады. Фазалық бұрыш, қозғалатын катушкалы динамиктерде резонансқа жақын ең көп өзгереді. Егер күшейткішті жобалау кезінде бұл ескерілмесе, күшейткіш қызып, өшіп қалуы немесе шығыс құрылғыларының бұзылуы мүмкін. Толық ақпарат алу үшін Power factor бетіне қараңыз.
Impedance variations of the load with frequency translate into variation in the phase relationship between the amplifier's voltage and current outputs. For a resistive load, usually (but not always) the voltage across the amplifier's output devices is maximum when the load current is minimum (and the voltage is minimum across the load) and vice versa, and as a result the power dissipation in those devices is least. But due to the complex and variable nature of the driver/crossover load and its effect on the phase relationship between the voltage and current, the current will not necessarily be at its minimum when the voltage across the output devices is maximum this results in increased power dissipation in the amplifier output stage which manifests as heating in the output devices. The phase angle varies most near resonance in moving coil loudspeakers. If this point is not taken into consideration during the amplifier design, the amplifier may overheat causing it to shut down, or cause failure of the output devices. See Power factor for more detail.
Демпинг мәселесі
Магниттік өрісте қозғалатын катушка генератор ретінде әрекет етеді. Динамик орамы күшейткіштен келетін сигналға жауап ретінде қозғалғанда, катушка күшейткіш сигналына қарсы тұратын кері ЭҚК (электр қозғау күші) тудырады және орамның қозғалысын тоқтатуға арналған «тормоз» ретінде жұмыс істейді. Бұл тоқтату әсері динамик дизайнында маңызды рөл атқарады, өйткені дизайнерлер оны динамик дыбысты жылдам тоқтатуын және катушка келесі дыбысты қайта жаңғыртуға дайын болуын қамтамасыз ету үшін пайдаланады. Катушка арқылы туындаған электр сигналы динамик кабелі арқылы күшейткішке қайта оралады. Сапалы күшейткіштер төмен шығыс кедергісіне ие, сондықтан бұл сигнал күшейткішке минималды әсер етеді. Қатты күйдегі күшейткіштердің шығыс кедергісі, әдетте, лампалық күшейткіштерге қарағанда әлдеқайда төмен болады. Сөйтіп, 16 Ом номиналды кедергісі бар драйвер мен 4 Ом номиналды кедергісі бар драйвер арасындағы айырмашылықтарды түзетудің қажеті болмайды. Күшейткіштің демпферлік коэффициенті, яғни номиналды жүктеме кедергісі (драйвердің дауыс катушкасы) мен күшейткіштің шығыс кедергісінің арақатынасы, жақсы жобаланған қатты күйдегі күшейткіштер үшін жеткілікті деңгейде болады. Лампалық күшейткіштердің шығыс кедергісі жоғары болғандықтан, олар драйвер кедергісімен жақсы сәйкес келу үшін көп шығыс трансформаторларын қолданады. 16 Омдық драйверлер (немесе динамик жүйелері) 16 Омдық шығысқа, 8 Омдық драйверлер 8 Омдық шығысқа және т.б. қосылады. Бұл маңызды, себебі динамик кедергісі мен күшейткіш кедергісі арасындағы қатынас, белгілі бір жиілікте драйвер тудыратын кері ЭҚК-ны демпферлейді (яғни энергияны сіңіреді). Іс жүзінде, бұл қоңырау немесе дыбыстың созылуын болдырмау үшін маңызды, бұл, негізінен, драйвердің қозғалатын құрылымдарының сол жиілікте сигналмен қоздырылғандағы еркін тербелісі болып табылады. Бұл су тасқыны сияқты кескіндерде анық көрінеді. Дұрыс реттелген демпферлік коэффициенті қозғалатын құрылымдардың осы еркін тербелісін бақылап, драйвердің дыбысын жақсарта алады.
A loudspeaker acts as a generator when a coil is moving in a magnetic field. When the loudspeaker coil moves in response to a signal from the amplifier, the coil generates a back EMF that resists the amplifier signal and acts as a "brake" to stop the coil movement. The braking effect is critical to speaker design, in that designers leverage it to ensure the speaker stops making sound quickly and that the coil is in position to reproduce the next sound. The electrical signal generated by the coil travels back along the speaker cable to the amplifier. Well designed amplifiers have low output impedance so that this generated signal has minimal effect on the amplifier. Characteristically, solid state amplifiers have had much lower output impedances than tube amplifiers. So much so, that differences in practice between a 16 ohm nominal impedance driver and a 4 ohm nominal impedance driver have not been important enough to adjust for. The amplifier damping factor, which is the ratio of the nominal load impedance (driver voice coil) to amplifier output impedance, is adequate in either case for well designed solid state amplifiers. Tube amplifiers have sufficiently higher output impedances that they normally included multi tap output transformers to better match to the driver impedance. Sixteen ohm drivers (or loudspeakers systems) would be connected to the 16 ohm tap, 8 ohm to the 8 ohm tap, etc. This is significant since the ratio between the loudspeaker impedance and the amplifier's impedance at a particular frequency provides damping (i. e., energy absorption) for the back EMF generated by a driver. In practice, this is important to prevent ringing or overhang which is, essentially, a free vibration of the moving structures in a driver when it is excited (i. e., driven with a signal) at that frequency. This can be clearly seen in waterfall measurement plots. A properly adjusted damping factor can control this free vibration of the moving structures and improve the sound of the driver.