Как уменьшить добротность динамика
Добротность динамика – что это?
Начнем разбираться с основными параметрами динамиков. Добротность – один из ключевых параметров.
Добротность динамика – это не про то, насколько качественно он сделан:) Много мифов и заблуждений я слышал относительно этого параметра, но, он очень важен. И было бы не плохо разобраться и разложить все по полочкам.
Не зная значение добротности сказать что-то вразумительное о динамике будет невозможно.
У многих я спрашивал, что же такое добротность, и абсолютное большинство людей, будучи не первый день в звуке и автозвуке, как-то неуверенно говорили про потери, про соотношение упругих и вязких сил, про ширину резонансной полки… А дополнительные вопросы вообще вводили народ в тупик:)
Если говорить простыми словами, добротность — это история про затухающие колебания. Про то, как именно динамик ведет себя после устранения возмущающей силы (прекращения сигнала).
Что нам скажет википедия: добротность — параметр колебательной системы, определяющий ширину резонанса и характеризующий, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за время изменения фазы на 1 радиан. Обозначается символом Q от англ. quality factor.
Давайте разбираться: что в динамике отвечает за запасы энергии, а что за потери.
Очевидно, что запасать энергию могут подвесы: внешний подвес и центрирующая шайба — это пружины, которые стремятся вернуть подвижку в первоначальное состояние.
А вот с потерями все не так очевидно. Есть механические потери (Qms), сюда входят потери на трение в подвесах, затраты энергии на звукоизвлечение и т.д. Но этот компонент не доминирует в общей картине, главную скрипку играет электрическая добротность (Qel или Qes). Среднее значение механической добротности для низкочастотного динамика от 2 до 10.
В моторе динамика происходит следующая интересная штука: проводник (катушка), двигаясь в магнитном поле вырабатывает ЭДС, то есть, работает не как двигатель, а как генератор. Обычно динамики подключены к усилителю, а у них (у усей) мизерное сопротивление, очень близкое к 0.
Получается, что когда сигнал от усилителя исчезает, а динамик «на ходу» – он работает как генератор, причем с максимальной нагрузкой (выходы катушки практически закорочены). Эта нагрузка создает достаточно мощную тормозящую силу, вынуждающую катушку и дифузор быстро остановиться.
Среднее значение электрической добротности для низкочастотного динамика от 0,2 до 0,9. Сравните это с типовыми значениями механической добротности, и станет очевидно, что гашение колебаний (потери энергии) происходят преимущественно из-за электрической составляющей.
Можно провести простой эксперимент: взять низкочастотный динамик и аккуратно постучать по диффузору (за целостность динамика я не отвечаю!))) Вы услышите небольшой гул на резонансной частоте.
Если закоротить выводы катушки и постучать еще раз – гула уже не будет, потому что колебания на резонансной частоте практически сразу же гасятся в магнитной системе динамика.
Электрическая и механическая добротности складываются друг с другом и в итоге получается полная добротность – именно этот параметр мы используем для расчетов оформления. Да, знать добротность нам нужно именно для этого – чтобы можно было определить, какой корпус и какое акустическое оформление подойдет к нашему динамику.
Механическая и электрическая добротности складываются не просто суммой, а формулой, аналогичной сопротивлению при параллельном включении:
Qts=Qes*Qms/( Qes+Qms)
Делаем вывод: чем мощнее у динамика мотор (при прочих равных), тем меньше будет добротность. Поэтому на сверхмощных сабах ставят по нескольку жестких центрирующих шайб, иначе добротность упадет ниже плинтуса:)
С запасами и потерями энергии вроде разобрались. Теперь определимся с конкретными значениями.
Высокая добротность – это когда потери малы, а энергии в подвесах запасено много и колебания продолжаются после исчезновения возмущающей силы. Причем это не случайные колебания, а именно колебания на частоте резонанса головки.
Низкая добротность – потери велики, и при исчезновении сигнала колебания сразу же затухают. У такого динамика нет склонности выделять какую-то определенную частоту.
Логично предположить, что для динамика подойдет именно низкая добротность! Нам не нужно, чтобы после окончания сигнала динамик сам по себе продолжал что-то доигрывать (и всегда на одной и той же частоте). Важно понимать, что высокодобротный динамик не будет продлевать короткие ноты, он к любому возмущению будет добавлять бубнеж на своей частоте резонанса. Оттого звук становится монотонным, окрашеным, с постоянным гулом — ну, я думаю, все знают, как звучат дешевые компьютерные бубнелки и музыкальные центры?:) А нам важно чтобы дин воспроизвел именно тот сигнал, который на него отправили, без импровизаций и самодеятельности.
Слишком низкая добротность – это тоже не хорошо. В этом случае в зоне резонанса динамика появляется завал относительно уровня высокочастотного излучения, тем шире, чем ниже добротность. Добротность в итоговой конструкции должна составлять вполне определенные значения.
Выделяют два особых значения добротности:
Добротности ниже 0,5 ведут к сильному завалу НЧ, выше 1 – явно появляется вброс АЧХ на частоте резонанса.
Иллюстрация взята из книги Гапоненко С.В. «Акустические системы своими руками», а сам Гапоненко взял эту картинку из книги небезызвестного Р. Смолла
От чего зависит добротность?
Добавим чуть больше практики и теоретические тезисы из первой части статьи попробуем переложить на реальные динамики.
Итак, от чего же зависит добротность?
Мне удалось показать это в эксперименте: добавил к динамику дополнительный магнит, тем самым увеличив магнитное поле.
Дополнительным магнитом удалось существенно снизить добротность динамика. Резонанс остался неизменным.
Поэтому, если у вас стоит задача снизить добротность динамика, можно попытаться снизить жесткость. Заменить подвесы, размягчить резину подвеса пропитками. Некоторые даже вырезают сектора из центрирующей шайбы, но это очень рискованный путь:)
Добротность при увеличении массы растет, резонансная частота падает.
Как сопротивление провода влияет на добротность.
Как влияет акустическое оформление?
Объем воздуха в закрытом ящике работает как дополнительная воздушная пружина, следовательно жесткость колебательной системы растет, добротность растет. Чем меньше объем ящика, тем сильнее растет добротность.
В ЧВ к диффу как бы прикрепляется масса воздуха в туннеле, оттого итоговая добротность растет. Во фри, ОЯ, БЭ и прочих существенно меняться добротность не должна.
Для себя я сделал следующий вывод, и думаю, что он правильный: мы должны получить итоговую добротность всех резонансов в пределах 0,5-0,7. Вне зависимости, какое оформление мы выбрали.
Как видим, все акустические оформления в лучшем случае не меняют добротность, а в большинстве случаев существенно ее поднимают. Поэтому нам нужны низкодобротные динамики с добротностями от 0,3 до 0,7. Для того, чтобы возросшая в оформлении частота составила нужные нам 0,7.
Но, с этим связана некоторая подстава:) 99% дешевых и легкодоступных динамиков высокодобротные. Я говорю про бюджетную автомобильную акустику, про динамики, устанавливаемые в компьютерные колонки, в музыкальные центры, в бюджетные системы 5:1, в бумбоксы всякие. Почти везде добротность динамика близка к 1, а зачастую и того больше.
Не знаю, почему так делается, то ли на магнитах экономят и не могут в рамках бюджета сделать мощный мотор, то ли специально делают так, чтобы в ущерб качеству «долбило» лучше (а долбить оно будет реально сильнее, и на любой композиции одинаково: в частоту резонанса).
А может это тонкий маркетинговый ход, вынуждающих тех, кто слышит разницу, платить вместо 5000р за колоночки 50 000+?:)
40 комментариев: Добротность динамика – что это?
Мне только одному кажется, что прилепив доп. магнит, добротность не обязательно уменьшиться – она точно так же может изменится в сторону увеличения значения..
прилепите не той стороной и будет как вам кажется )))
О коррекции добротности динамических головок
Добротность динамической головки влияет на её импульсные характеристики. Особенно это существенно для низкочастотных головок, работающих с заходом в область механического резонанса – прежде всего, сабвуферных. Акустическим оформлением можно воздействовать на добротность громкоговорителя, но лишь в сторону повышения. Пропорционально растёт при этом и частота механического резонанса, поэтому конструкторам сабвуферов приходится ориентироваться на низкодобротные головки с низкой частотой резонанса.
Дополнительные возможности коррекции появляются в случае использования двухобмоточных головок. Вопреки устоявшемуся мнению их добротность не зависит от схемы соединения обмоток – при параллельном соединении BL уменьшается вдвое, но вдвое растёт и ток, отдаваемый усилителем в нагрузку, поэтому «мощность» привода остаётся постоянной. Это подтверждается результатами измерений в редакционной лаборатории.
Если использовать только одну обмотку, электрическая добротность головки возрастает вдвое. Поскольку у современных головок полная добротность определяется в основном электрической составляющей, она также вырастет почти в два раза.
А что делать с «холостой» обмоткой, оставшейся не у дел (Гусары, молчать!)? Для неё тоже есть работа. При перемещении звуковой катушки в магнитном зазоре в этой обмотке наводится ЭДС, то есть она становится генератором напряжения. Безусловно, некоторая часть напряжения будет трансформирована от рабочей обмотки, но из-за малой индуктивности обмоток эффективность этого «трансформатора» на частотах ниже 100 Гц будет близка к нулю. Поэтому будем считать, что «холостая» обмотка – «чистый» генератор.
Если к этому «генератору» подключить нагрузочное сопротивление, то протекающий по обмотке ток будет создавать торможение – то есть демпфировать перемещение диффузора. Осталось выяснить, насколько эффективен этот метод.
В эксперименте приняла участие головка Audison Prima с FS = 32,7 Гц и RE = 3,2 Ом, а также древний проволочный реостат изрядной мощности. Результаты измерений – в таблице.
При уменьшении сопротивления шунта, вплоть до короткого замыкания «холостой» обмотки, механическая добротность снижается в 2,6 раза. Электрическая, правда, при этом растёт – но всего в 1,8 раза, так что можно добиться снижения полной добротности на целых 16%. Это не фантастический показатель, но важнее то, что метод позволяет «приручить» резонансный горб на Z-характеристике, при этом стабилизируется нагрузка усилителя.
Замыкание выводов «холостой» обмотки накоротко не означает короткого замыкания на выходе усилителя – индуктивная связь обмоток на низких частотах практически отсутствует. Однако шунтовые сопротивления должны иметь мощность рассеяния, соответствующую мощности усилителя.
Как вариант, можно использовать нелинейное сопротивление – лампу накаливания. Сопротивление холодной нити минимально, поэтому при малой амплитуде перемещения диффузора, когда ЭДС мала и лампа не светится, демпфирование будет максимальным, то есть лампа может снизить остаточные колебания диффузора. Бонус – бесплатная «цветомузыка».
Необходимые характеристики шунта можно получить, используя комбинированое соединение ламп. Однако это тема следующего эксперимента.
Автомобильные лампы в режиме нелинейного сопротивления (А. Павлов, Челябинск). Точкой отмечено начало свечения
Методы регулирования добротности динамика.
***Обедаю и думаю. а почему НЕТ?
Вспомнил Элеонору Виноградову и короткую главу из ее брошюры.
Приезжаю на работу включаю приборы, беру с полки динамик и измеряю добротность. 0,46. Для двери мало! Опять бас в вату!
Беру резистор в 1,4 ома и цепляю последовательно. Еще раз измеряю. 0,67. Вот так вот!
Так вот скажите мне, что мешает к любому низкодобротному динамику подключить резистор ДОСТАТОЧНОЙ мощности и сделать из этого динамика дверной?
Да! Конечно мы начинаем рассеивать мощность на резисторе (думаю 20 ватт мощности самого резистора хватит) и теряем общую чувствительность, но так ли это важно при условии что имеем поканальное усиление и мощности усилителей всегда предостаточно!
***Можете подробнее! Сколько полос строили?
Вариантов повысить не так мало:
Может что-то ещё забыл…
***Вот это главное замечание. Я все же сделаю, как лень пройдет, АКУСТИЧЕСКИЕ измерения и посмотрим. НО! Если на бас никакого влияния не было, то как так?
По памяти сможете ответить на вопросы. Какова была добротность ЧИСТАЯ? Какая получилась с резистором? Минимальный импеданс динамика? Номинал резистора? Вспомните?
Вы же наверняка пробовали при изготовлении фильтров к АС использовать катушки индуктивности разного сопротивления, но одинаковой индуктивности.
***Вот это главное замечание. Я все же сделаю, как лень пройдет, АКУСТИЧЕСКИЕ измерения и посмотрим. НО! Если на бас никакого влияния не было, то как так?
По памяти сможете ответить на вопросы. Какова была добротность ЧИСТАЯ? Какая получилась с резистором? Минимальный импеданс динамика? Номинал резистора? Вспомните?
так подробно не вспомню.
Динамик был 5″, добротность голого динамика около 0,5.
Это если оценивать только бас.
Середина же говнялась на любой «проволоке», графит более 0,5Ом уже было слышно.
Вы же наверняка пробовали при изготовлении фильтров к АС использовать катушки индуктивности разного сопротивления, но одинаковой индуктивности.
***Ладно! Я понял! Проведу измерения и тогда все станет понятно.
так подробно не вспомню.
Динамик был 5″, добротность голого динамика около 0,5.
Это если оценивать только бас.
Середина же говнялась на любой «проволоке», графит более 0,5Ом уже было слышно.
Тема: Способы уменьшения добротности НЧ звена
Опции темы
Хотелось бы узнать какие существуют способы уменьшения добротности НЧ звена в составе АС с ФИ. Какие из нижеприведённых мер повлияют на добротность и в какой степени?
-заполнение звукопоглатителем корпуса АС
-намотка индуктивности на железе
-уменьшение эмиттерных резисторов в усилителе
-уменьшение веса подвижной системы динамика
-замена подвеса на более эластичный
имеется в виду смысле внесение дополнительных потерь, снижение резонанса или и то, и другое одновременно?
Имеется ввиду замена резинового подвеса на поролоновый.
Намотка на железе с целью уменьшить сопротивление индуктивности.
обычно у динамиков с подвесами из ППУ Qms больше, чем с резинками. Так что хз.
При замене подвеса на более мягкий добротность немного увеличится (за счёт того, что основной вклад, как правило, даёт электрическая добротность, а тут изменится механическая).
ЗЫ: говорили же, вроде, про определённое оформление?
Можно попробовать приклеить доп магниты на динамики, снизит добротность и чуйка чуть чуть поднимется. Если динамики экранированые, то снять экран
Тема: Способы уменьшения добротности НЧ звена
Опции темы
Хотелось бы узнать какие существуют способы уменьшения добротности НЧ звена в составе АС с ФИ. Какие из нижеприведённых мер повлияют на добротность и в какой степени?
-заполнение звукопоглатителем корпуса АС
-намотка индуктивности на железе
-уменьшение эмиттерных резисторов в усилителе
-уменьшение веса подвижной системы динамика
-замена подвеса на более эластичный
имеется в виду смысле внесение дополнительных потерь, снижение резонанса или и то, и другое одновременно?
Имеется ввиду замена резинового подвеса на поролоновый.
Намотка на железе с целью уменьшить сопротивление индуктивности.
обычно у динамиков с подвесами из ППУ Qms больше, чем с резинками. Так что хз.
При замене подвеса на более мягкий добротность немного увеличится (за счёт того, что основной вклад, как правило, даёт электрическая добротность, а тут изменится механическая).
ЗЫ: говорили же, вроде, про определённое оформление?
Можно попробовать приклеить доп магниты на динамики, снизит добротность и чуйка чуть чуть поднимется. Если динамики экранированые, то снять экран