Вуфер - Woofer

Пара низкочастотных динамиков

А вуфер или басовый динамик технический термин для громкоговоритель Водитель предназначен для производства Низкая частота звуки, обычно от 50 Гц до 1000 Гц. Имя из звукоподражательный Английское слово для собачьего лая "гав "^{[нужна цитата ]} (в отличие от названия громкоговорителей, предназначенных для воспроизведения высокочастотных звуков, твитер ). Наиболее распространенной конструкцией низкочастотного динамика является электродинамический драйвер, в котором обычно используется жесткий бумажный диффузор, приводимый в движение звуковая катушка окруженный магнитное поле.

Звуковая катушка прикреплена с помощью клея к задней части диффузора динамика. Звуковая катушка и магнит образуют линейную электрический двигатель. Когда ток течет через звуковую катушку, катушка перемещается по отношению к корпусу в соответствии с Правило левой руки Флеминга для двигателей, заставляя катушку толкать или тянуть конус привода поршневым образом. В результате движения конуса создаются звуковые волны, когда он движется внутрь и наружу.

В обычном звуковое давление Уровни звукового давления (SPL), большинство людей могут слышать до 20 Гц.^[1] Низкочастотные динамики обычно используются для перекрытия самых низких октав частотного диапазона громкоговорителя. В двухполосных акустических системах драйверы, управляющие низкими частотами, также обязаны покрывать значительную часть среднего диапазона, часто до 2000-5000 Гц; такие драйверы обычно называют средние вуферы. Начиная с 1990-х годов, тип низкочастотного динамика (так называемый сабвуфер ), который предназначен только для очень низких частот, стал широко использоваться в домашний театр системы и Системы PA для увеличения низких частот; они обычно обрабатывают самые низкие две или три октавы (то есть от 20 до 80 или 120 Гц).

Дизайн НЧ-динамика

Поперечное сечение стандартного динамика, не в масштабе

Хорошая конструкция низкочастотного динамика требует эффективного преобразования сигнала усилителя низкой частоты в механическое движение воздуха с высокой точностью и приемлемой эффективностью, а также облегчается и усложняется необходимостью использования корпус громкоговорителя чтобы связать движение конуса с воздухом. Если все сделано правильно, многие другие проблемы, связанные с конструкцией вуфера (например, требования к линейному отклонению), уменьшаются.

В большинстве случаев низкочастотный динамик и его корпус должны быть спроектированы для совместной работы. Обычно корпус проектируется в соответствии с характеристиками используемого динамика или динамиков. Размер корпуса зависит от воспроизводимых длин волн (самых низких частот), а корпус низкочастотного динамика намного больше, чем требуется для средний диапазон и высокие частоты.

А кроссоверная сеть, пассивный или активный, фильтрует полосу частот, обрабатываемую низкочастотным динамиком и другими динамиками. Обычно кроссовер и акустическая система, включая низкочастотный динамик, должны преобразовывать электрический сигнал, подаваемый усилителем, в акустический сигнал идентичной формы волны без какого-либо взаимодействия между усилителем и динамиками, хотя иногда усилитель и динамики проектируются вместе с динамиками. снабжение искажение -корректирующий негативный отзыв к усилителю.

При разработке и производстве низкочастотных динамиков возникает множество проблем. Большинство из них связано с управлением движением диффузора, чтобы электрический сигнал, подаваемый на звуковую катушку сабвуфера, точно воспроизводился звуковыми волнами, создаваемыми движением диффузора. Проблемы включают в себя чистое демпфирование диффузора без слышимого искажения, чтобы он не продолжал двигаться, вызывая звон, когда мгновенный входной сигнал падает до нуля в каждом цикле, и управление высокими отклонениями (обычно требующимися для воспроизведения громких звуков) с низким уровнем искажений. Также существуют проблемы с представлением усилителю электрический импеданс что не слишком далеко от постоянного на всех частотах.

Ранняя версия широко используемой ныне конструкции корпуса с фазоинвертором была запатентована Альбертом Л. Турасом из Bell Laboratories в 1932 г.^[2]

Активные громкоговорители

В 1965 году компания Sennheiser Electronics представила звуковую систему Philharmonic, в которой использовалась электроника для решения некоторых проблем, с которыми сталкиваются обычные подсистемы низкочастотных динамиков. Они добавили датчик движения к вуферу и использовали сигнал, соответствующий его фактическому движению, для обратной связи в качестве управляющего входа для специально разработанного усилителя. Если все сделано аккуратно, это может значительно улучшить характеристики (как «герметичность», так и расширение низкочастотных характеристик) за счет гибкости (усилитель и динамик постоянно связаны вместе) и стоимости. В США, L W Erath, инженер нефтяной промышленности, представил линейку высококачественных динамиков, очень похожих на них.

Поскольку стоимость электроники снизилась, стало обычным использование НЧ-динамиков с датчиками в недорогих «музыкальных системах», бумбоксах или даже в автомобильных аудиосистемах. Обычно это делается для того, чтобы повысить производительность недорогих или малоразмерных драйверов в легких или плохо спроектированных корпусах. Этот подход представляет трудности, поскольку не все искажения можно устранить с помощью сервопривод методы, а плохо спроектированный корпус может свести на нет все преимущества любой попытки электронной коррекции.

Выравнивающие громкоговорители

Поскольку характеристики громкоговорителя можно измерить и в значительной степени спрогнозировать, можно разработать специальную схему, которая в некоторой степени компенсирует недостатки акустической системы.

Методы эквализации используются в большинстве публичных выступлений и звукоусиление Приложения. Здесь проблема заключается не в воспроизведении Hi-Fi, а в управлении акустической средой. В этом случае необходимо индивидуально отрегулировать эквализацию, чтобы соответствовать конкретным характеристикам используемых акустических систем и комнате, в которой они используются.

Цифровая фильтрация кроссовера и эквализации

Компьютерная техника, в частности цифровая обработка сигналов (DSP), делают возможным более точный кроссовер. Используя конечная импульсная характеристика (FIR) и другие цифровые методы, кроссоверы для системы с двойным или тройным усилением могут быть выполнены с точностью, невозможной с аналоговыми фильтрами, пассивными или активными. Кроме того, многие особенности драйверов (вплоть до индивидуальных отклонений) можно исправить одновременно, например, в Кляйн и Хаммел последние разработки. Этот подход сложен и, следовательно, вряд ли будет использоваться в более дешевом оборудовании.

Материалы конуса

Два вуфера P-Audio. Обратите внимание на литой корпус, вентилируемый полюс и усиленный бумажный конус.

У всех материалов конуса есть достоинства и недостатки. Три основных свойства, которые дизайнеры ищут в конусах, - это легкий вес, жесткость и отсутствие окраска (из-за отсутствия звон ). Экзотические материалы, такие как кевлар и магний, легкие и жесткие, но могут вызывать проблемы со звоном в зависимости от их изготовления и конструкции. Такие материалы, как бумага (включая бумажные конусы с покрытием) и различные полимеры Как правило, звенит меньше, чем металлические диафрагмы, но может быть тяжелее и менее жестким. Были хорошие и плохие вуферы, сделанные из любого материала диффузоров. Для изготовления конусов использовались практически все виды материалов, от стекловолокна, бамбукового волокна до прослоек из вспененного алюминия с сотовой структурой и слюда пластиковые конусы нагруженные.

Конструкция рамы

Рама или корзина - это конструкция, удерживающая диффузор, звуковую катушку и магнит в правильном положении. Поскольку зазор звуковой катушки довольно узкий (зазоры обычно составляют малые тысячные доли дюйма), важна жесткость, чтобы предотвратить трение звуковой катушки о структуру магнита в зазоре, а также избежать посторонних движений. Существует два основных типа металлического каркаса: штампованный и литой. Штампованные корзины (обычно из стали) - более дешевый подход. Недостатком этого типа рамы является то, что корзина может прогнуться, если динамик приводится в движение с большой громкостью, при этом сопротивление изгибу возникает только в определенных направлениях. Литые корзины более дорогие, но обычно более жесткие во всех направлениях, имеют лучшее демпфирование (уменьшают собственный резонанс), могут иметь более сложные формы и поэтому обычно предпочтительнее для драйверов более высокого качества.

Управление мощностью

Важной характеристикой низкочастотного динамика является его номинальная мощность, то есть мощность, с которой низкочастотный динамик может выдержать без повреждений. Номинальную электрическую мощность нелегко охарактеризовать, и многие производители ссылаются на пиковые значения, достижимые только в течение очень коротких моментов без повреждений. Номинальная мощность низкочастотного динамика становится важной, когда громкоговоритель доведен до крайности: приложения, требующие высокой мощности, условия перегрузки усилителя, необычные сигналы (например, немузыкальные), очень низкие частоты, на которых корпус обеспечивает небольшую акустическую нагрузку или ее отсутствие будет максимальный ход конуса), либо выход из строя усилителя. В условиях большой громкости низкочастотный динамик звуковая катушка нагревается, увеличивает свое сопротивление, вызывая «сжатие мощности», состояние, при котором уровень выходной звуковой мощности снижается после продолжительной работы с высокой мощностью. Дальнейшее нагревание может физически деформировать звуковую катушку, вызывая задиры, короткое замыкание из-за ухудшения изоляции проводов или другие электрические или механические повреждения. Внезапный импульс энергии может расплавить часть провода звуковой катушки, что приведет к обрыву цепи и поломке низкочастотного динамика; необходимый уровень будет зависеть от характеристик водителя. В музыкальных приложениях с нормальным уровнем прослушивания номинальная электрическая мощность вуферов обычно не важна; это остается важным для высокочастотных драйверов.

В драйверах громкоговорителей, включая вуферы, есть три типа управления мощностью: тепловое (нагревание), электрическое (оба описаны выше) и механическое. Предел механической мощности достигается, когда ход конуса достигает своего максимального предела. Пределы допустимой тепловой мощности могут быть достигнуты, если на низкочастотный динамик слишком долго подаются достаточно высокие уровни мощности, даже если они не превышают механических пределов в любое время. Большая часть энергии, подаваемой на звуковую катушку, преобразуется в тепло, а не в звук; в конечном итоге все тепло передается полюсному наконечнику, остальной части конструкции магнита и раме. В конечном итоге тепло от низкочастотного динамика рассеивается в окружающий воздух. Некоторые драйверы включают средства для лучшего охлаждения (например, вентилируемые полюсные наконечники магнита, специальные теплопроводящие конструкции) для снижения повышенных температур катушки / магнита / корпуса во время работы, особенно в условиях высокого уровня мощности. Если к звуковой катушке будет приложена слишком большая мощность по сравнению с ее способностью рассеивать тепло, она в конечном итоге превысит максимально безопасную температуру. Клеи могут плавиться, формирователь звуковой катушки может расплавиться или деформироваться, или изоляция, разделяющая звуковую катушку обмотки может потерпеть неудачу. Каждое из этих событий приведет к повреждению низкочастотного динамика, что, возможно, станет невозможным для использования.

Приложения для оповещения (PA) и инструментов

НЧ-динамики предназначены для система громкой связи (PA) и инструментальный усилитель По конструкции они похожи на домашние вуферы, за исключением того, что они обычно имеют более прочную конструкцию. Как правило, конструктивные различия включают: шкафы, рассчитанные на многократную транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы, более крупные диффузоры низкочастотных динамиков для обеспечения более высоких уровней звукового давления, более прочные звуковые катушки, способные выдерживать более высокую мощность, и более высокую жесткость подвески. Как правило, можно ожидать, что домашний низкочастотный динамик, используемый в приложении PA / инструмента, выйдет из строя быстрее, чем PA / инструментальный низкочастотный динамик. С другой стороны, громкоговоритель PA / инструментальный низкочастотный динамик в домашнем аудиоприложении не будет иметь такого же качества работы, особенно при низкой громкости. Низкочастотный динамик с усилителем не будет обеспечивать такое же высокое качество звука, которое является целью высококачественного домашнего звука из-за этих различий.^{[нужна цитата ]}

Низкочастотные динамики системы PA обычно имеют высокий КПД и высокую пропускную способность. Компромисс для высокой эффективности при разумной стоимости обычно заключается в относительно низком отклонении (т. Е. Невозможности двигаться «внутрь и наружу», насколько это возможно для многих домашних вуферов), поскольку они предназначены для рупорных или больших рефлекторных кожухов. Они также обычно плохо подходят для расширенного низкочастотного отклика, поскольку последняя октава низкочастотного отклика значительно увеличивает размер и стоимость, и все более нерентабельно пытаться использовать высокие уровни, как в приложении PA. Домашний стереофонический вуфер, поскольку он используется на относительно низкой громкости, может работать с очень низкими частотами. Из-за этого большинство низкочастотных громкоговорителей с усилителем не очень подходят для использования в высококачественных домашних устройствах, и наоборот.

Частотные диапазоны

В обычном уровни звукового давления, большинство людей могут слышать до 20 Гц.^[1]^[3] Чтобы точно воспроизвести самые низкие тона, низкочастотный динамик или группа низкочастотных динамиков должны перемещать достаточно большой объем воздуха - задача, которая становится более сложной на низких частотах. Чем больше комната, тем больше воздуха придется перемещать низкочастотному динамику, чтобы обеспечить необходимую звуковую мощность на низких частотах.

Смотрите также

внешняя ссылка

HowStuffWorks: Спикеры

[dambrose-1] а ^б Крис, Д'Амброуз (2003). «Диапазон частот человеческого слуха». Книга фактов по физике.

[2] Патент США 1869178

[3] "Определение НЧ-динамиков - средство преобразования слов". thewordunscrambler.com. Получено 2016-11-15.

[1]

[2]

[3]