О компанииНовостиПродуктыОбзоры/ТестыТехнологииГарантия
 
Технологии

Модели Uni-Q Series

Модели Uni-Q Series

Дизайн громкоговорителей, при подсчете пространства, занимаемого каскадными акустическими и электрическими фильтрами, подкрепил требования к источнику звука, которое заключается в неизменности его месторасположения. Этого было труднее всего достичь, используя змеевиковые измерительные преобразователи. Далее описывается практическое применение подобного устройства, очень сильно зависящего от наличия высокоэнергетического перманентного материала магнита. Значения особенностей последующей разработки кроссовера и внеосевой акустической характеристики системы также обсуждаются.
Традиционные громкоговорители; точнее, те из них, использующие отдельные редукторы для охватывания разных диапазонов частот установленные рядом друг с другом в передней части корпуса, обладают одними и теми же характеристиками. Их суммированное амплитудно-частотное значение не может изменяться симметрично, поскольку точка суммирования удалена от выбранной оси проектирования. И ситуация будет такая же в случае, если это будет происходить в акустически нейтральной окружающей среде полупространственного звукопоглощающего щита (2p стерадиан).

Причина существования данного феномена заключается в физическом барьере между редукторами, и сопутствующее время вызывает задержку прибытия звука на определенную ось измерения.

Вполне возможно разработать обычные громкоговорители, имеющие ровные амплитудные характеристики и выводящие когерентное стереоизображение, не выходящее за определенные рамки окна прослушивания.
К сожалению, даже самые лучшие разработки подобных устройств неизменно подвержены сильным изменениям амплитудных характеристик и стереоизображения в том случае, если слушатель выходит за границы окна прослушивания. Подходящий дизайн редукторов, разделительных центров и корпусов может минимизировать различия внеосевых характеристик за пределами ограниченного количества углов оптимального расположения слушателя, но невозможно полностью их устранить. Этот эффект сокращает количество позиций, в которых слушатель может услышать именно тот звук, который подразумевал разработчик данного устройства.

Модели Uni-Q Series

1. Фон
Известная теория электрического фильтра использовалась некоторое время назад для определения технических характеристик громкоговорителей. Несмотря на известный факт, что для определения системной реакции необходимо использовать сложные соединения (либо реальное и вымышленное, либо амплитуду и фазу), сложность измерения относительной акустической фазы объясняется тем, что в течение долгого времени разработчики пытались создавать громкоговорители, используя только амплитудную характеристику.

И только благодаря появлению в 70-х годах методов тестирования с использованием компьютерной техники стало возможным измерение фазы, а также облегчило подсчет преобразования Гилберта. (Было доказано, что в большинстве случаев редукторы громкоговорителей являются минимальными фазовыми устройствами, и, таким образом, подобная фазово-частотная характеристика может быть вычислена из амплитудной характеристики с помощью преобразования Гилберта.)

В справочной литературе, посвященной синтезу осевой и внеосевой характеристик громкоговорителя, имеется много примеров данного процесса, основанного на добавлении различных типов и групп фильтров. Они, в свою очередь, в совокупностями с моделями фильтров, описанных в ранних работах Тиле и Смолла, составляют метод полного проекта, при котором может быть определена и четко синтезирована сумма конечных характеристик. Громкоговорители могут использоваться в качестве фильтров, включающиеся последовательно с другими электрическими или акустическими фильтрами, а затем их векторы суммируются для определения характеристик под любым выбранным углом в любой акустической окружающей среде.

Однако, самое важное различие между манипуляциями с электрическими фильтрами и редукторами громкоговорителей заключается в дополнительном фазовом сдвиге/задержке времени из-за наличия физических границ между устройствами.
Необходимо учитывать тот факт, что фазовый сдвиг происходит не только из-за временных задержек между взаимодействием устройств, пропускной способности редуктора или же спада его амплитудно-частотной характеристики, а также из-за поперечных фильтров. Л.Р. Финчемом и М.Е. Гоуф было проведено большое количество неопубликованных исследований по разработке методов управления фильтрами для того, чтобы стало возможным включить эти дополнительные фазовые сдвиги во второе издание методологии дизайна. Значительно позже А. Джонс углубился в исследование этого вопроса и изобрел метод, позволяющий настроить параметры фильтра таким образом, чтобы стало возможным достижение фазового перекрытия в соединительных патрубках различных отсеков устройства. Затем для получения необходимой реакции ко всем отсекам устройства проводится коррекция всех его характеристик.

Последнее производимое действие не нарушает относительный фазовый сдвиг между отдельно взятыми отсеками, а также не искажает суммирующиеся показатели. Комплексный шаговый дизайн редуктора громкоговорителя описывается подробно практически везде, таким образом, будет достаточно одного примера для иллюстрирования типичной проблемы. Итогом суммирования показателей фильтров верхних и нижних частот третьего порядка Баттерворта с задержкой времени между секциями (даже учитывая всенаправленные источники) является получение дифракционного максимума кроссовера, как можно увидеть на иллюстрациях 1 и 2. Самый обычный метод осуществления описанного выше, в особенности высокочастотного динамика под низкочастотным, таким образом, происходит суммирование координат плоскости, как показано под цифрой 3, которые устремляются вверх и достигают уха слушателя.


Модели Uni-Q Series

2. Коаксиальные громкоговорители
Для снижения внеосевых эффектов добавления звука из рассредоточенных источников, сложные устройства взаимодействуют и всегда взаимодействовали с громкоговорителями, расположенными коаксиально. Ограничивая демонстрацию примеров использования двух громкоговорителей, цифры 4, 5, 6 и 7 демонстрируют воздействие, которое расположенные относительно друг друга высокочастотный и низкочастотный динамик оказывают на импульсную характеристику системы.

Обычное расположение всех составляющих, при котором высокочастотный динамик находится впереди устройства, определяющего характеристики средних/низких частот, нарушается акустической преградой, созданной высокочастотным устройством для того, чтобы источником звука служил совершенно другой элемент установки. Из-за снижения фронтальной характеристики подобная схема используется только для сохранения экранного пространства, а не для уменьшения разницы в показателях задержки времени прибытия звука из разных внеосевых источников, как, например, в случае со встроенной в автомобиль акустической системой.

В этом случае звук из высокочастотного устройства будет получен намного раньше по сравнению с другими в любой позиции прослушивания музыки в фронтальной полусфере.

Другой, более эффективный, метод заключается в установке высокочастотного динамика между устройствами средних/низких частот. Таким образом, звук из высокочастотного репродуктора должен быть пропущен через магнитное поле устройства средних/низких частот. Бреши, или система каналов через это поле, а также конусообразный контур устройства средних/низких частот должны быть разработаны в виде интегрального акустического радиоволновода, или же системы рупоров, для получения желаемого результата.

В этом случае звук из высокочастотного устройства будет получен после других в любой позиции прослушивания музыки в фронтальной полусфере. Это можно ясно увидеть на примере получения импульсной характеристики, когда выброс высоких частот в определенную отметку времени получается немного позже, чем выброс низких частот импульса.

Оба пути получения симметричных внеосевых характеристик являются эффективными, но по-прежнему присутствует позитивная или негативная задержка времени, которая должна учитываться при создании конечных фильтров.

Модели Uni-Q Series

3. Совмещенные устройства.
Естественно предположить, что для уменьшения временной разницы между показаниями прибытия звука от обоих источников, высокочастотный динамик должен быть расположен внутри звуковой катушки низкочастотного устройства. В таком случае, эти приводные устройства будут не «коаксиальными», а «совмещенными». В случает уменьшения размера магнита в катушке высокочастотного приспособления будет получено настоящее совмещенное устройство.

В типичных средне/низкочастотных устройствах диаметр звуковой катушки варьируется от 25 до 50 сантиметров в диаметре. Размер звуковых катушек высокочастотного динамика составляет от 12 до 33 миллиметров в диаметре. До тех пор, пока не будет изобретено менее чувствительное устройство, что подразумевает цилиндрическую форму магнита, то есть возможно использование магнита меньшего размера по сравнению с используемым в звуковой катушке высокочастотного динамика. Это ограничение предотвращает использование ферритовых магнитов по причине их низкой остаточной магнитной индукции и высокой коэрцитивности. При использовании обладающих высокой остаточной магнитной индукцией алико магнитов можно получить высокую трубку потока, необходимую в магнитах маленького диаметра, но их низкая коэрцитивность может означать тот факт, что необходимая для получения устойчивой конструкции длина магнита может продлиться намного дальше назад в звук, который доступен для магнитного поля средне/низкочастотного устройства. Но это может привести к поиску компромиссных решений при разработке магнита для низкочастотного динамика.

Модели Uni-Q Series

4. Разработка магнита.
К концу 1980-х годов товарные пробы химического соединения, включающего в себя неодимий, железо и бор (NeFeBo) стали доступны для покупки. Первоначальные образцы этого нового перманентного материала магнита обладали энергетическим произведением максимальной твердости по Бриннелю в 10 раз больше, чем типичны ферритовые магниты. В частности, остаточная магнитная индукция NeFeBo превысила 1 теслу, по сравнению с показателем в 0.4 теслы у ферритовых. Это означает, что для сопоставимых (при равном общем потоке) разработок форм магнита для громкоговорителя, которые очень часто находятся слишком близко к остаточной магнитной индукции, магнитное поле Am может быть уменьшено приблизительно пополам, согласно простой теории магнитного поля, и не принимая во внимание утечку частиц,
Модели Uni-Q Series






где Bm – это трубка потока в магните, а Bg – это трубка потока в воздушном промежутке. Коерцитивность Н неодимия, железа и бора была в 17 раз выше по сравнению с альнико магнитом (50 kA/m), и таким образом, учитывая зависимость от точки действительного взаимодействия, магнит может быть очень маленьким, отсюда при том,
Модели Uni-Q Series







что Lm – это длина магнита, Hm – напряженность магнитного поля в самом магните, а вокруг магнита – рабочая точка, а F – магнитодвижущая сила, действующая поперек магнита.

Величина магнита соотносится с энергетическим произведением,
Модели Uni-Q Series





таким образом, для уменьшения величины объема рабочая точка должна находиться на максимальной отметке (ВН).

Однако, мы больше всего заинтересованы в лакунарной трубке потока, а не в действующей трубке потока магнита, таким образом, если магнитный узел недостаточно эффективен, то нет никакой пользы от оптимального применения магнита подходящего размера для генерирования внешней утечки.

Самая распространенная структура магнита громкоговорителя выглядит следующим образом: открытое ферритовое кольцо, как показано на рис. 9. Учитывая эту особенность, будет неправильно использовать половину частиц магнитного потока растрачивать в качестве внешней утечки.
Если же использовалась более эффективная цилиндрическая структура, как показано на рис. 10, показывающая меньший показатель утечки, чем структура открытого внешнего ферритового кольца, то в таком случае величина магнитного поля уменьшится еще больше. И это может привести к реальной возможности замены используемого чувствительного высокочастотного динамика внутри звуковой катушки средней/низкой частоты.

Потом была запущена программа по разработке магнита, цель которой заключалась в осуществимости производства мощных и небольших магнитов для репродуктора высоких частот. В результате проведения цикла испытаний моделей собственного производства, при создании которых использовались образцы магнитов и предложенные конструкции других производителей, были изготовлено много прототипов. Кроме того, были тщательно изучены характерные свойства стали, и дальнейшие имитационные модели магнитов были разработаны при помощи специалистов кафедры Small Motors Шеффилдского университета. Модели магнитов были усовершенствованы в дальнейшем инженерами компании, используя при этом предельный элементный пакет программ для имитационного моделирования, первоначально запускаемый на 386 процессоре.

В результате появились две разработки высокочастотного динамика. 19-милллиметровый магнит будет помещен внутрь 32-миллиметровой звуковой катушки, а 25-миллиметровый магнит будет находиться внутри 39-миллиметровой звуковой катушке. Схема данных устройств показана на рисунке 11.

Модели Uni-Q Series

5. Акустика
Совмещенный громкоговоритель не только обеспечивает временное выравнивание устройств, но также обеспечивает гладкую внеосевую модуляцию, соотнося направленности действий устройств к характеристике переходной частоты.

Направленность совершающего возвратно-поступательные движения поршня в безграничном пространстве наделена характеристикой, которая уменьшается на высоких частотах, где длина его замкнутой прямой намного больше половины длины волны.

Далее, если 25-миллиметровый высокочастотный и 160-миллиметровый низкочастотный динамики используются для создания системы с переходной частотой приблизительно 3 килогерца, то их направленности будут различаться на контрольной точке.

На более высоких частотах, когда движение устройства низких частот становится непоршневым из-за конусных резонансов, и эффективная площадь излучаемой поверхности, таким образом, сокращается, будет иметь место широкий разброс частот в том месте, где сокращается общая направленность действия системы.
О результатах исследования было сообщено средствам массовой информации, и о LS5/1, LS 5/8, LS 5/5 и LS3/5 еще долго говорили специалисты BBC в своих мониторинговых отчетах.
Вокруг кроссовера, в совмещенном устройстве, как внутренняя радиальная часть низкочастотного динамика, так и высокочастотный динамик «видят» одну и ту же волноводную нагрузку, которая называется конусной бобиной репродуктора низких частот. Их характеристики направленности, однако, останутся неизменными в пределах данной частоты.

Направленность источника звука иногда зависит от параметра Q, единственной величины, относящейся к понятию «ширина луча». Совмещенное устройство, ширина луча которого показывает небольшие колебания при частоте, имеющей место в не совмещенных устройствах, получило свое название Uni-Q.

Одним из первых дополнений к совмещенному устройству была низкодифрационная система, использующая 110-миллиметровое низкочастотное и 19-миллиметровое высокочастотное устройство в сферическом корпусе, и являвшаяся частью проекта психоакустического Архимедового исследования.

Модели Uni-Q Series

6. Дискуссия

Сейчас стало возможным разработать такую акустическую систему с подвижной катушкой, в которой именно корпус устройств, а не их расположение относительно друг друга, влияет на внеосевую реакцию системы.

Устранение временной задержки между работой приводных устройств позволяет использовать различные абстрактные формы фильтров и порядок урезания углового коэффициента как акустические цели. Ранее цели более высокого порядка, несмотря на теоретическую возможность, не находили практического применения во многом из-за фазового сдвига, вызываемого временной задержкой между работой внутренних составляющих. Электрические фильтры высшего порядка позволяли разработчикам создать возможность акустического колебания, снижающего работу системы посредством ослабления сигналов, подаваемых различными участками приводных устройств, а именно основного резонанса высокочастотного динамика и прерывания сигнала, подаваемого низкочастотным динамиком.

В работу самых последних приводных устройств серии Uni-Q были внесены некоторые изменения. Они заключались в изменении направления звукового сигнала высокочастотного динамика для устранения нежелаемых объемных резонансов и изменения формы объемного звучания низкочастотного динамика для снижения его воздействия на осевую высокочастотную характеристику высокочастотного устройства.

Модели Uni-Q Series

7. Заключение
Создание составного редуктора акустической системы с подвижной катушкой, создающего источник звука, местонахождение которого не изменяется в зависимости от частотных характеристик стало теперь возможным, поскольку коммерческое производство высокоэнергетического магнитного материала сделало возможным реализацию магнитного узла малого высокочастотного динамика.

Импульсная характеристика типичной совмещенной ведущей системы, показанной на рисунке 15, при сравнении ее с коаксиальными системами, изображенными на рисунках 6 и 7, демонстрирует значительный прогресс в выравнивании временной характеристики устройств.

8. Официальные заявления
Я хотел бы выразить свою благодарность Л.Р. Финчему, М.Е. Гоуф и А. Джонсу за их вклад в создание фильтров и корпусов акустических систем, а также Д. Хоуи и Ф. Лоу из Шеффильдского университета за их помощь в разработки методов измерения характеристик магнитов и их моделирования, и, наконец, Р.И. Куки, С. Келли и Г.А.В. Соутеру за их консультации по вопросам материалов магнитов и их создания.

9. Приложение
Словарь технических терминов:

Высокочастотный динамик – это высокочастотное (ВЧ) приводное устройство акустической системы.

Низкочастотный динамик – это низкочастотное (НЧ) приводное устройство акустической системы.

Амплитудно-частотная характеристика – это функция преобразования в диапазоне частот либо в полярном (амплитуда и фаза) или же в декартовом представлении, таким образом, это зависящая от частотных колебаний характеристика реакции системы на импульсы синусоидальной волны.

Импульсная характеристика h (t) – это зависящая от временных показателей характеристика реакции системы на стимулирование дельта-функции.

Амплитудно-частотная и импульсная характеристики – это две составляющие преобразования Фурье.

Коэффициент осевой концентрации Q (f) – это отношение интенсивности звучания, вызываемой радиатором в определенной точке к интенсивности, которая может быть получена в этой же точке благодаря многонаправленного источника, вырабатывающего точно такую же силу звука, как и первоначальный источник.

Интенсивность звучания (I) – это средняя скорость распространения энергии в пределах какого-либо устройства.

Интенсивность плоской волны по линии распространения рассчитывается по определенной формуле, где p – это уровень давления звука, ro – это плотность воздуха, и с – это скорость звука.

О компании Продукты Обзоры/тесты Технологии Гарантия

Rambler's Top100