Thiele/Små parametrar

Thiele/Small-parametrar (vanligtvis förkortade T/S-parametrar, eller TSP) är en uppsättning elektromekaniska parametrar som definierar den specificerade lågfrekvensprestandan för en högtalardrivrutin . Dessa parametrar publiceras i specifikationsblad av drivrutinstillverkarna så att designers har en guide för att välja standarddrivrutiner för högtalardesigner. Med hjälp av dessa parametrar kan en högtalardesigner simulera membranets position, hastighet och acceleration, ingångsimpedansen och ljudutgången från ett system som innefattar en högtalare och ett hölje. Många av parametrarna är strikt definierade endast vid resonansfrekvensen, men tillvägagångssättet är generellt tillämpbart i det frekvensområde där membranrörelsen till stor del är kolv, dvs när hela könen rör sig in och ut som en enhet utan konuppbrytning.

Istället för att köpa färdiga komponenter, definierar högtalardesigners ofta önskad prestanda och arbetar baklänges till en uppsättning parametrar och tillverkar en drivrutin med dessa egenskaper eller beställer den från en drivrutinstillverkare. Denna process att generera parametrar från ett målsvar är känd som syntes. Thiele/Small-parametrar är uppkallade efter A. Neville Thiele från Australian Broadcasting Commission och Richard H. Small från University of Sydney , som banade väg för denna analyslinje för högtalare. En vanlig användning av Thiele/Small-parametrar är vid utformning av PA-system och hifi- högtalare ; TSP-beräkningarna indikerar för proffs inom högtalardesign hur stort ett högtalarskåp måste vara och hur stor och lång basreflexporten ( om den används) ska vara.

Historia

Uppsatsen från 1925 av Chester W. Rice och Edward W. Kellogg , underblåst av framsteg inom radio och elektronik, ökade intresset för direkta radiatorhögtalare. År 1930 patenterade AJ Thuras från Bell Labs (amerikanskt patent nr 1869178) sin "Sound Translating Device" (i huvudsak en ventilerad låda) vilket var bevis på intresset för många typer av höljesdesign vid den tiden.

Framstegen med design och analys av högtalarhölje med användning av akustiska analoga kretsar av akademiska akustiker som Harry F. Olson fortsatte fram till 1954 när Leo L. Beranek från Massachusetts Institute of Technology publicerade Acoustics , en bok som sammanfattar och utökar erans elektroakustik . JF Novak använde nya förenklade antaganden i en analys i ett papper från 1959 som ledde till en praktisk lösning för svaret från en given högtalare i förseglade och ventilerade lådor, och fastställde även deras tillämpbarhet genom empirisk mätning. 1961, tungt lutad på Novaks arbete, AN Thiele en serie förseglade och ventilerade box-"inriktningar" (dvs höljesdesigner baserade på elektrisk filterteori med välkaraktäriserat beteende, inklusive frekvensrespons, effekthantering, konexkursion, etc. ) i en publikation i en australisk tidskrift. Denna artikel förblev relativt okänd utanför Australien tills den återpublicerades i Journal of the Audio Engineering Society 1971. Det är viktigt att notera att Thieles arbete försummade inkapslingsförluster och, även om tillämpningen av filterteorin fortfarande är viktig, hans inriktningstabeller har nu lite verklig nytta på grund av att man försummar höljesförluster.

Många andra fortsatte att utveckla olika aspekter av högtalarhusdesign på 1960-talet och början av 1970-talet. Från 1968 till 1972 JE Benson tre artiklar i en australisk tidskrift som noggrant analyserade förseglade , ventilerade och passiva radiatorkonstruktioner , alla med samma grundmodell, som inkluderade effekterna av inneslutning, läckage och portförluster. Med början i juni 1972 Richard H. Small en serie mycket inflytelserika artiklar om analys av direkta radiatorhögtalarsystem, inklusive högtalarsystem med sluten låda, ventilerad låda och passiv radiator, i Journal of the Audio Engineering Society, där han återgav och utvidga Thieles arbete. Dessa artiklar publicerades också ursprungligen i Australien, där han hade gått på forskarskolan, och där hans handledare var JE Benson. Arbetet med Benson och Small överlappade avsevärt, men skilde sig åt genom att Benson utförde sitt arbete med datorprogram och Small använde analoga simulatorer . Small analyserade också systemen inklusive kapslingsförluster. Richard H. Small och Garry Margolis, den senare av JBL , publicerade en artikel i Journal of the Audio Engineering Society (juni 1981), som omarbetade mycket av det arbete som hade publicerats dittills till former som är anpassade för de programmerbara räknarna av tiden.

Grundläggande parametrar

Dessa är de fysiska parametrarna för en högtalardrivrutin, mätt vid små signalnivåer, som används i motsvarande elektriska kretsmodeller. Vissa av dessa värden är varken lätta eller bekväma att mäta i en färdig högtalardrivrutin, så när man designar högtalare med befintliga drivenheter (vilket nästan alltid är fallet), är de mer lättmätbara parametrarna som listas under små signalparametrar mer praktiska .

$S_{\rm {d}}$ – Ekvivalent kolvarea på drivmembranet, i kvadratmeter.
$M_{\rm {ms}}$ – Massan av förarmembranet och talspoleenheten, inklusive akustisk belastning, i kilogram. Massan av enbart drivrutinmembranet och röstspoleenheten är känd som $M_{\rm {md}}$ .
$C_{\rm {ms}}$ – Överensstämmelse för förarens fjädring, i meter per newton (det reciproka av dess "styvhet").
$R_{\rm {ms}}$ – Det mekaniska motståndet hos förarens fjädring (dvs. 'förlust'), i N·s/m.
$L_{\rm {e}}$ – Röstspolens induktans, i henries (H) (typiskt mätt vid 1 kHz för woofers).
$R_{\rm {e}}$ – DC-resistans för talspolen, i ohm.
$Bl$ – Produkten av magnetisk flödestäthet i talspolegapet och längden på tråden i magnetfältet, i tesla-meter (T·m).

Små signalparametrar

Dessa värden kan bestämmas genom att mäta drivenhetens inimpedans , nära resonansfrekvensen, vid små ingångsnivåer för vilka drivenhetens mekaniska beteende är effektivt linjärt (dvs. proportionell mot dess ingång). Dessa värden är lättare att mäta än de grundläggande värdena ovan. De små signalparametrarna är:

$f_{\rm {s}}$ – Resonansfrekvens för drivrutinen

{\displaystyle f_{\rm {s}}={\frac {1 }{2\pi \cdot {\sqrt {C_{\rm {ms}}\cdot M_{\rm {ms}}}}}}} Q e s {\displaystyle Q_{\rm {

$}$ – Driver $Q$ vid $f_{\rm {s}}$ med tanke på elektriskt motstånd $R_{\rm {e}}$ endast

{\displaystyle Q_{\rm {es}}={\frac {2\pi \cdot f_{\rm {s}}\cdot M_{\rm {ms}}\cdot R_{\rm {e}}}{(Bl)^{2}}}={\frac {R_{\rm {e}}}{ (Bl)^{2}}}{\sqrt {\frac {M_{\rm {ms}}}{C_{\rm {ms}}}}}} Q m s {\displaystyle Q_{

$ms }}}$ – Driver $Q$ vid $f_{\rm {s}}$ med tanke på förarens icke-elektriska förluster endast

Q_{\rm {ms}}={\frac {2\pi \cdot f_{\rm {s}}\cdot M_{\rm {ms}}}{R_ {\rm {ms}}}}={\frac {1}{R_{\rm {ms}}}}{\sqrt {\frac {M_{\rm {ms}}}{C_{\rm {ms }}}}}

$Q_{\rm {ts}}$ – Total förare $Q$ vid $f_{\rm {s}}$ som är resultatet av alla förarmotstånd

{\displaystyle Q_{\rm {ts}}={\frac {Q_{\rm {ms}}\cdot Q_{\rm {es }}}{Q_{\rm {ms}}+Q_{\rm {es}}}}} V a s {\displaystyle V

$rm {as}}}$ – Luftvolym som har samma akustiska efterlevnad som föraren fjädring

V_{\rm {as}}=\rho \cdot c^{2}\cdot S_{\rm {d}}^{ 2}\cdot C_{\rm {ms}}

där

\rho

är luftens densitet (1,184 kg/m ³ vid 25 °C), och

c

är ljudets hastighet (346,1 m/s vid 25°C). Med SI-enheter blir resultatet i kubikmeter. För att konvertera

V_{\rm {as}}

till liter multiplicera med 1000.

Stora signalparametrar

Dessa parametrar är användbara för att förutsäga den ungefärliga utsignalen från en drivrutin vid höga ingångsnivåer, även om de är svårare, ibland extremt svåra eller omöjliga, att exakt mäta. Dessutom förändrar kraftkompression, termiska och mekaniska effekter på grund av höga signalnivåer (t.ex. hög elektrisk ström och spänning, förlängd mekanisk rörelse, och så vidare) förarens beteende, vilket ofta ökar distorsion av flera slag.

$X_{\rm {max}}$ – Maximal linjär topp (eller ibland topp-till-topp) exkursion (i mm) av konen. Observera att på grund av mekaniska problem blir rörelsen hos en drivkons olinjär med stora avvikelser, särskilt de som överstiger denna parameter.
$X_{\rm {mech}}$ – Maximal fysisk utflykt för föraren före fysisk skada. Med en tillräckligt stor elektrisk ingång kommer exkursionen att orsaka skada på talspolen eller annan rörlig del av föraren. Dessutom kommer arrangemang för talspolekylning (t.ex. ventilering av polstycket, eller öppningar i talspoleformaren ovanför själva spolen, som båda tillåter värmeavledning med luftflöde) själva att förändra beteendet med stora konavstånd.
$P_{\rm {e}}$ – Effekthanteringskapacitet för föraren, i watt. Detta värde är svårt att karakterisera och överskattas ofta av tillverkare och andra. När talspolen värms ändrar den dimension i viss mån och ändrar elektriskt motstånd i avsevärd utsträckning. Den senare ändrar de elektriska förhållandena mellan talspolen och passiva delningskomponenter, och ändrar lutningen och delningspunkterna som är designade i högtalarsystemet.
$V_{\rm {d}}$ – Toppförskjutningsvolym, beräknad av $V_{\rm {d}}$ = $S_{\rm {d}}$ · $X_{\rm {max}}$

Andra parametrar

$Z_{\rm {max}}$ – Driverns impedans vid $f_{\rm {s}}$ , används vid mätning av $Q_{\ rm {es}}$ och $Q_{\rm {ms}}$ .

Z_{\rm {max}}=R_{e}\left(1+{\frac {Q_{\rm {ms}} }{Q_{\rm {es}}}}\right)

$EBP$ – Effektivitetsbandbreddsprodukten, ett grovt mått. En vanlig tumregel indikerar att för $EBP>100$ är en drivrutin kanske bäst att använda i ett ventilerat hölje, medan $EBP<50$ indikerar ett förseglat hölje. För $50<EBP<100$ kan båda höljena användas effektivt.

EBP={\frac {f_{\rm {s}}}{Q_{\rm {es}}}}

$Z_{\rm {nom}}$ – Högtalarens nominella impedans, vanligtvis 4, 8 eller 16 ohm.
$\eta _{0}$ – Förarens referens eller "tillgänglig effekt" effektivitet, i procent.

\eta _{0}=\left({\frac {\rho \cdot B^{2}\cdot l^{2}\cdot S_{\rm {d}}^{2}}{2\cdot \pi \cdot c\cdot M_{\rm {ms}}^{ 2}\cdot R_{\rm {e}}}}\right)\times 100\%

Uttrycket

\rho /2\pi c

kan ersättas med värdet 5,445×10 ⁻⁴ m ² ·s/kg för torr luft vid 25 °C. För 25 °C luft med 50 % relativ fuktighet värderas uttrycket till 5,365×10 ⁻⁴ m ² ·s/kg.

En version som är lättare att beräkna med typiska publicerade parametrar är:

\eta _{0}=\left ({\frac {4\cdot \pi ^{2}\cdot f_{\rm {s}}^{3}\cdot V_{\rm {as}}}{c^{3}\cdot Q_{\ rm {es}}}}\right)\times 100\%

Uttrycket

4\pi ^{2}/c^{3}

kan ersättas med värdet 9,523×10 ⁻⁷ s ³ /m ³ för torr luft vid 25 °C. För 25 °C luft med 50 % relativ fuktighet värderas uttrycket till 9,438×10 ⁻⁷ s ³ /m ³ .

Utifrån verkningsgraden kan vi beräkna känslighet, vilket är den ljudtrycksnivå en högtalare producerar för en given ingång:

En högtalare med en verkningsgrad på 100 % (1,0) skulle mata ut en watt för varje ingångswatt. Om man betraktar föraren som en punktkälla i en oändlig baffel, skulle detta vid en meter vara fördelat över en halvklot med arean

2\pi

m ² för en intensitet på

1/ (2\pi)

= 0,159155 W/ ^m2 . Den auditiva tröskeln antas vara 10 ^–12 W/m ² (vilket motsvarar en trycknivå på 20×10 ⁻⁶ Pa). Därför skulle en högtalare med 100 % effektivitet producera en SPL lika med 10log(0,159155/10 ^–12 ), vilket är 112,02 dB.

SPL vid 1 meter för en ingång på 1 watt är då: dB _{(1 watt)} = 112,02 + 10·log(

\eta _{0}

)

SPL vid 1 meter för en ingång på 2,83 volt är sedan: dB _{(2,83 V)} = dB _{(1 watt)} + 10·log(8/

R_{e}

) = 112.02 + 10·log(

\eta _{0}

) + 10·log(8/

R_{e}

)

Kvalitativa beskrivningar

Tvärsnitt av en dynamisk konhögtalare. Bilden är inte skalenlig.

$f_{\rm {s}}$: Förarens resonansfrekvens, mätt i hertz (Hz). Frekvensen vid vilken kombinationen av energin som lagras i den rörliga massan och upphängningens följsamhet är maximal, och resulterar i maximal konhastighet. En mer följsam fjädring eller en större rörlig massa kommer att orsaka en lägre resonansfrekvens och vice versa. Vanligtvis är det mindre effektivt att producera utsignaler vid frekvenser under ${\displaystyle f_{\rm {s}}} ,$ och ingångssignaler betydligt under $f_{\rm {s}}$ kan orsaka stora avvikelser, mekaniskt äventyra föraren. Bashögtalare har vanligtvis en $f_{\rm {s}}$ i intervallet 13–60 Hz. Mellanregister har vanligtvis en $f_{\rm {s}}$ i intervallet 60–500 Hz och diskanthögtalare mellan 500 Hz och 4 kHz. En typisk fabrikstolerans för värdet av $f_{\rm {s}}$ är ±15%.

$Q_{\rm {ts}}$: En enhetslös mätning som kännetecknar den kombinerade elektriska och mekaniska dämpningen av föraren. Inom elektronik $Q$ inversen av dämpningsförhållandet. Värdet på $Q_{\rm {ts}}$ är proportionellt mot den lagrade energin, dividerat med den energi som försvinner, och definieras vid resonans ( $f_{\rm {s}}$ ). De flesta drivrutiner har ${\displaystyle Q_{\rm {ts}}}-$ värden mellan 0,2 och 0,5, men det finns giltiga (om ovanliga) skäl att ha ett värde utanför detta intervall.

$Q_{\rm {ms}}$: En enhetslös mätning, som kännetecknar förarens mekaniska dämpning, det vill säga förlusterna i fjädringen (surround och spindel). Det varierar ungefär mellan 0,5 och 10, med ett typiskt värde runt 3. Högt $Q_{\rm {ms}}$ indikerar lägre mekaniska förluster och lågt $Q_{\rm {ms }}$ indikerar högre förluster. Den huvudsakliga effekten av $Q_{\rm {ms}}$ är på impedansen hos drivrutinen, med höga ${\displaystyle Q_{\rm {ms}}}- drivrutiner som visar$ högre impedantstopp . En prediktor för låg $Q_{\rm {ms}}$ är en metallisk talspoleformare. Dessa fungerar som virvelströmsbromsar och ökar dämpningen, vilket minskar $Q_{\rm {ms}}$ . De måste utformas med ett elektriskt avbrott i cylindern (så ingen ledningsslinga). Vissa högtalartillverkare har placerat kortade svängar överst och nedtill på talspolen för att förhindra att den lämnar mellanrummet, men det skarpa ljudet som skapas av den här enheten när föraren är överstyrd är alarmerande och uppfattades som ett problem av ägarna. Höga $Q_{\rm {ms}}$ drivrutiner är ofta byggda med icke-ledande formare gjorda av papper eller olika plaster.

$Q_{\rm {es}}$: En enhetslös mätning som beskriver den elektriska dämpningen av högtalaren. När trådspolen rör sig genom magnetfältet genererar den en ström som motverkar spolens rörelse. Denna så kallade "Back-EMF" (proportionell mot $Bl$ × hastighet) minskar den totala strömmen genom spolen nära resonansfrekvensen, vilket minskar konrörelsen och ökar impedansen. I de flesta förare $Q_{\rm {es}}$ den dominerande faktorn i röstspolens dämpning. $Q_{\rm {es}}$ beror på förstärkarens utgångsimpedans. Formeln ovan antar noll utgångsimpedans. När en förstärkare med en utgångsimpedans som inte är noll används, bör dess utgångsimpedans läggas till $R_{\rm {e}}$ för beräkningar som involverar $Q_{\rm {es}}$ .

$Bl$: Mätt i tesla -meter (T·m). Tekniskt sett är detta $B\times l$ eller $B\times lsin(\theta )$ (en vektorkorsprodukt ), men standardgeometrin för en cirkulär spole i ett ringformigt talspolegap ger $sin(\theta )=1$ . $B\times l$ är också känd som 'kraftfaktorn' eftersom kraften på spolen som magneten utsätter är $B\times l$ multiplicerad med strömmen genom spolen. Ju högre $B\times l$ -produkten är, desto större kraft genereras av en given ström som flyter genom talspolen. $B\times l$ har en mycket stark effekt på $Q_{\rm {es}}$ .

$V_{\rm {as}}$: Mätt i liter (L) eller kubikmeter är det ett omvänt mått på fjädringens "styvhet" med föraren monterad i fri luft. Den representerar volymen luft som har samma styvhet som förarens fjädring när den påverkas av en kolv med samma område ( ${\displaystyle S_{\rm {d}}})$ som konen. Större värden betyder lägre styvhet och kräver i allmänhet större kapslingar. $V_{\rm {as}}$ varierar med kvadraten på diametern. En typisk fabriksmätningstolerans för $V_{\rm {as}}$ är ±20–30 %.

$M_{\rm {ms}}$: Mätt i gram (g) eller kilogram (kg), detta är massan av konen, spolen, röstspoleformaren och andra rörliga delar av en drivenhet, inklusive den akustiska belastningen av luften i kontakt med drivkonen. $M_{\rm {md}}$ är konen/spolens massa utan den akustiska belastningen, och de två bör inte förväxlas. En del simuleringsprogram beräknar $M_{\rm {ms}}$ när $M_{\rm {md}}$ anges. $M_{\rm {md}}$ kan kontrolleras mycket noggrant av tillverkaren.

$R_{\rm {ms}}$: Enheter anges vanligtvis inte för denna parameter, men den är i mekaniska 'ohm'. $R_{\rm {ms}}$ är ett mått på förlusterna, eller dämpningen, i en förares fjädring och rörelsesystem. Det är huvudfaktorn för att bestämma $Q_{\rm {ms}}$ . $R_{\rm {ms}}$ påverkas av upphängningstopologi, material och av talspoleformaren ( spolen ).

$C_{\rm {ms}}$: Mätt i meter per newton (m/N). Beskriver följsamheten (dvs. inversen av styvhet) hos suspensionen. Ju mer följsamt ett fjädringssystem är, desto lägre blir dess styvhet, så desto högre blir ${\displaystyle V_{\rm {as}}}.$ $C_{\rm {ms}}$ är proportionell mot $V_{\rm {as}}$ och har alltså samma toleransområden.

$R_{\rm {e}}$: Mätt i ohm (Ω), detta är likströmsresistansen (DCR) för talspolen, mäts bäst med könen blockerad eller förhindras från att röra sig eller vibrera eftersom annars upptagning av omgivande ljud kan göra att mätningen blir opålitlig. $R_{\rm {e}}$ ska inte förväxlas med den nominella förarimpedansen, $R_{\rm {e}}$ kan kontrolleras hårt av tillverkaren, medan nominella impedansvärden är ofta ungefärliga i bästa fall. Amerikansk EIA-standard RS-299A specificerar att $R_{\rm {e}}$ (eller DCR) ska vara minst 80 % av den nominella förarimpedansen, så en 8-ohms klassad drivrutin bör ha ett DC-motstånd på minst 6,4 ohm, och en 4-ohms enhet bör mäta minst 3,2 ohm. Denna standard är frivillig, och många 8-ohm-drivrutiner har resistanser på ≈5,5 ohm, och proportionellt lägre för lägre märkimpedanser.

$L_{\rm {e}}$: Mätt i henries (H) är detta talspolens induktans . Talspolen är en induktor med förlust, delvis på grund av förluster i polstycket, så den skenbara induktansen ändras med frekvensen. Stora ${\displaystyle L_{\rm {e}}}-$ värden begränsar förarens högfrekventa utsignal och orsakar svarsändringar nära cutoff. Enkel modellprogramvara försummar ofta $L_{\rm {e}}$ och inkluderar därför inte dess konsekvenser. Induktansen varierar med rörelsen eftersom talspolen rör sig i förhållande till polstycket, fungerar som en glidande induktorkärna, ökar induktansen på det inåtgående slaget och minskar det på det utåtgående slaget i typiska överhängande talspolearrangemang. Denna induktansmodulering är en viktig källa till olinjäritet (distorsion) i högtalare. Att inkludera ett kopparlock på polstycket, eller en kopparkortslutningsring på det, kan minska impedansökningen som ses vid högre frekvenser i typiska drivenheter, och även minska olinjäriteten på grund av induktansmodulering.

$S_{\rm {d}}$: Mätt i kvadratmeter (m ² ). Det effektiva projicerade området av konen eller membranet. Det är svårt att mäta och beror till stor del på omramningens form och egenskaper. Allmänt accepterad som konens kroppsdiameter plus en tredjedel till hälften av ringens (surround) bredd. Förare med breda rullar kan ha betydligt mindre $S_{\rm {d}}$ än konventionella typer med samma ramdiameter.

$X_{\rm {max}}$: Anges i millimeter (mm). I den enklaste formen, subtrahera höjden på talspolelindningen från höjden på det magnetiska gapet, ta det absoluta värdet och dividera med 2. Denna teknik föreslogs av JBL :s Mark Gander i en AES -tidning från 1981, som en indikator av en högtalarmotors linjära räckvidd. Även om det är lätt att fastställa, försummar det magnetiska och mekaniska icke-linjäriteter och asymmetri, vilket är betydande för vissa förare. Därefter föreslogs en kombinerad mekanisk/akustisk åtgärd, där en förare successivt körs till höga nivåer vid låga frekvenser, med $X_{\rm {max}}$ bestämt genom att mäta avvikelse på en nivå där 10 % THD mäts i utgången. Denna metod representerar bättre förarens verkliga prestanda, men är svårare och mer tidskrävande att fastställa.

$P_{\rm {e}}$: Anges i watt. Ofta ges två effektklasser, en "RMS"-klassificering och en "musik" (eller "topp", eller "system"), vanligtvis anges topp som ≈2 gånger RMS-klassificeringen. Högtalare har ett komplext beteende, och ett enda nummer är verkligen otillfredsställande. Det finns två aspekter av krafthantering: termisk och mekanisk. Den termiska kapaciteten är relaterad till spolens temperatur och punkten där lim och spolisolering smälter eller ändrar form. Den mekaniska gränsen spelar in vid låga frekvenser, där avvikelserna är störst, och innebär mekaniska fel på någon komponent. En högtalare som kan hantera 200 watt termiskt vid 200 Hz, kan ibland bara skadas av några få watt vid någon mycket låg frekvens, som 10 Hz. Effekthanteringsspecifikationer genereras vanligtvis på ett destruktivt sätt, av långvariga brussignaler från industristandard (t.ex. IEC 268) som filtrerar bort låga frekvenser och testar endast förarens termiska förmåga. Den faktiska mekaniska krafthanteringen beror mycket på kapslingen i vilken drivrutinen är installerad.

$V_{\rm {d}}$: Anges i liter (L). Volymen förskjuten av konen, lika med konens area ( ${\displaystyle S_{\rm {d}}})$ multiplicerat med $X_{\rm {max}}$ . Ett särskilt värde kan uppnås på något av flera sätt. Till exempel genom att ha en liten kon med en stor ${\displaystyle X_{\rm {max}}} ,$ eller en stor kon med en liten $X_{\rm {max}}$ . Att jämföra ${\displaystyle V_{\rm {d}}}-$ värden kommer att ge en indikation på den maximala utsignalen från en förare vid låga frekvenser. Hög $X_{\rm {max}}$ , drivenheter med liten kondiameter är sannolikt ineffektiva, eftersom mycket av talspolelindningen kommer att vara utanför det magnetiska gapet vid en viss tidpunkt och därför kommer att bidra lite eller inget till konrörelse. Likaså är drivrutiner med stor kondiameter, liten $X_{\rm {max}}$ sannolikt mer effektiva eftersom de inte behöver, och därför kanske inte har, långa talspolar.

$\eta _{0}$: Referenseffektivitet, specificerad i procent (%). Att jämföra förare med deras beräknade referenseffektivitet är ofta mer användbart än att använda "känslighet", eftersom tillverkarens känslighetssiffror alltför ofta är optimistiska.

Känslighet: Ljudtrycket, i dB, som produceras av en högtalare som svar på en specificerad stimulans. Vanligtvis anges detta vid en ingång på 1 watt eller 2,83 volt (2,83 volt = 1 watt i en 8-ohm last) på en meters avstånd.

Mätnoteringar—stor signalbeteende

Viss försiktighet krävs vid användning och tolkning av T/S-parametrar. Det är viktigt att inse att enskilda enheter kanske inte matchar tillverkarens specifikationer. Parametrarnas värden tas nästan aldrig individuellt, men är i bästa fall genomsnitt över en produktionskörning, på grund av oundvikliga tillverkningsvariationer. Förarens egenskaper kommer i allmänhet att ligga inom ett (ibland specificerat) toleransintervall. $C_{\rm {ms}}$ är den minst kontrollerbara parametern, men typiska variationer i $C_{\rm {ms}}$ har inte stora effekter på det slutliga svaret.

Det är också viktigt att förstå att de flesta T/S-parametrar är linjäriserade små signalvärden. En analys baserad på dem är en idealiserad bild av förarens beteende, eftersom de faktiska värdena för dessa parametrar varierar i alla förare beroende på körnivå, talspoletemperatur, över förarens livslängd, etc. C m s { ${ \rm {ms}}}$ minskar ju längre spolen rör sig från vila. $Bl$ är generellt sett maximal i vila och sjunker när talspolen närmar sig $X_{\rm {max}}$ . $R_{\rm {e}}$ ökar när spolen värms upp och värdet kommer vanligtvis att fördubblas med 270 °C (exakt 266 °C för Cu och 254 °C för Al), då många talspolar närmar sig (eller har redan nått) termiskt fel.

Som ett exempel kan $f_{\rm {s}}$ och $V_{\rm {as}}$ variera avsevärt med ingångsnivån, på grund av ickelinjära förändringar i $C_{\rm {ms}}$ . En typisk 110 mm diameter full-range drivrutin med en $f_{\rm {s}}$ på 95 Hz vid 0,5 V-signalnivå, kan sjunka till 64 Hz när den matas med en 5 V-ingång. En förare med en uppmätt $V_{\rm {as}}$ på 7 L vid 0,5 V, kan visa en $V_{\rm {as}}$ ökning till 13 L när testad vid 4 V. $Q_{\rm {ms}}$ är vanligtvis stabil inom några få procent, oavsett drivnivå. $Q_{\rm {es}}$ och $Q_{\rm {ts}}$ minskar <13 % när drivnivån stiger från 0,5 V till 4 V, på grund av ändringar i $Bl$ . Eftersom $V_{\rm {as}}$ kan stiga avsevärt och $f_{\rm {s}}$ kan sjunka avsevärt, med en trivial förändring av uppmätta $M_{\rm {ms}}$ , kan det beräknade känslighetsvärdet ( $\eta _{0}$ ) tyckas sjunka med >30 % när nivån ändras från 0,5 V till 4 V. Naturligtvis förarens faktiska känslighet har inte förändrats alls, men den beräknade känsligheten är korrekt endast under vissa specifika förhållanden. Från detta exempel framgår att de mätningar som ska föredras vid utformning av en inneslutning eller ett system är de som sannolikt representerar typiska driftsförhållanden. Tyvärr måste denna nivå vara godtycklig, eftersom driftförhållandena ständigt förändras vid återgivning av musik. Nivåberoende olinjäriteter orsakar typiskt lägre utsignal än förutspått, eller små variationer i frekvenssvar.

Nivåskiftningar orsakade av resistiv uppvärmning av talspolen kallas effektkompression . Designtekniker som minskar olinjäriteter kan också minska effektkomprimering och möjligen förvrängningar som inte orsakas av effektkomprimering. Det har funnits flera kommersiella konstruktioner som har inkluderat kylarrangemang för förarens magnetiska strukturer, som är avsedda att mildra temperaturökningen i talspole, och den åtföljande resistanshöjningen som är orsaken till kraftkompressionen. Eleganta magnet- och spoledesigner har använts för att linjärisera $Bl$ och minska värdet och moduleringen av $L_{\rm {e}}$ . Stora linjära spindlar kan öka det linjära området för ${\displaystyle C_{\rm {ms}}} ,$ men de stora signalvärdena för $Bl$ och $C_{\rm {ms}}$ måste vara balanserad för att undvika dynamisk offset.

Livstidsförändringar i förarens beteende

De mekaniska komponenterna i typiska högtalardrivrutiner kan förändras med tiden. Papper, ett populärt material vid kontillverkning, absorberar lätt fukt och om det inte behandlas kan det förlora en viss strukturell styvhet med tiden. Detta kan minskas genom att belägga med vattenogenomträngligt material såsom olika plasthartser. Sprickor äventyrar strukturell styvhet och om de är tillräckligt stora är de i allmänhet inte reparerbara. Temperaturen har en stark, i allmänhet reversibel effekt; typiska suspensionsmaterial blir styvare vid lägre temperaturer. Suspensionen utsätts för trötthet och genomgår även förändringar från kemiska och miljömässiga effekter förknippade med åldrande såsom exponering för ultraviolett ljus och oxidation som påverkar skum och naturgummikomponenter dåligt, även om butyl, nitril, SBR-gummi och gummi-plastlegeringar (t.ex. som Santoprene ) är mer stabila. Polyuretanskum av polyester är mycket benägen att sönderfalla efter 10 till 15 år. Ändringarna i beteende från åldrande kan ofta vara positiva, men eftersom miljön de används i är en viktig faktor är effekterna inte lätta att förutsäga. Gilbert Briggs, grundare av Wharfedale Loudspeakers i Storbritannien, genomförde flera studier av åldrande effekter hos högtalarförare på 1950- och 1960-talen, och publicerade några av uppgifterna i sina böcker, särskilt Loudspeakers: The Why and How of Good Reproduction .

Det finns även mekaniska förändringar som sker i de rörliga komponenterna under användning. I det här fallet verkar dock de flesta förändringarna inträffa tidigt i förarens liv och beror nästan säkert på avslappning i förarens böjande mekaniska delar (t.ex. surround, spindel, etc.). Flera studier har publicerats som dokumenterar betydande förändringar i T/S-parametrarna under de första timmarna av användning, vissa parametrar ändras med så mycket som 15 % eller mer under dessa initiala perioder. Ägaren av företaget GR Research har offentligt rapporterat flera sådana undersökningar av flera tillverkares förare. Andra studier tyder på liten förändring, eller reversibla förändringar efter bara de första minuterna. Denna variation är till stor del relaterad till de särskilda egenskaperna hos specifika material, och välrenommerade tillverkare försöker ta hänsyn till dem. Även om det finns många anekdotiska rapporter om de hörbara effekterna av sådana förändringar i publicerade talarrecensioner, är förhållandet mellan sådana tidiga förändringar och subjektiva ljudkvalitetsrapporter inte helt klart. Vissa förändringar tidigt i förarens liv är komplementära (som en minskning av $f_{\rm {s}}$ åtföljd av en ökning av ${\displaystyle V_{\rm {as}}} )$ och resultera i minimala nettoförändringar (små bråkdelar av en dB) i frekvenssvar. Om högtalarsystemets prestanda är kritisk, som med hög ordning (komplexa) eller kraftigt utjämnade system, är det förnuftigt att mäta T/S-parametrar efter en period av inkörning (några timmar, vanligtvis med hjälp av programmaterial), och att modellera effekterna av normala parameterändringar på förarens prestanda.

Mättekniker

Det finns många metoder för att mäta Thiele-Small-parametrar, men de enklaste använder drivenhetens ingångsimpedans, mätt nära resonans. Impedansen kan mätas i fri luft (med föraren ohusad och antingen klämd i en fixtur eller hängande i en tråd, eller ibland vilande på magneten på en yta) och/eller i testbafflar, förseglade eller ventilerade lådor eller med varierande mängder av massa tillsatt till diafragman. Buller i mätmiljön kan ha en effekt på mätningen, så man bör mäta parametrar i en tyst akustisk miljö.

Den vanligaste ( gör -det-självvänliga) metoden före tillkomsten av datorstyrda mättekniker är den klassiska friluftskonstantströmmetoden, som beskrevs av Thiele 1961. Denna metod använder ett stort motstånd (t.ex. R t e $) R_{\rm {test}}}$ = 500 till 1000 ohm ) i serie med drivenheten och en signalgenerator används för att variera excitationsfrekvensen. Spänningen över högtalarterminalerna mäts och anses vara proportionell mot impedansen. Det antas att variationer i högtalarimpedans har liten effekt på strömmen genom högtalaren. Detta är en uppskattning, och metoden resulterar i $Q$ mätfel för förare med en hög $Z_{\rm {max}}$ – det uppmätta värdet av ${\ displaystyle Z_{\rm {max}}}$ kommer alltid att vara något låg. Denna mätning kan korrigeras genom att mäta den totala spänningen över kalibreringsmotståndet och drivenheten (kalla detta $V$ ) vid resonans och beräkna den faktiska testströmmen $I=V/(R_{\rm {test}}+Z_{\rm {max}})$ . Du kan då få en korrigerad $_{\rm {max}}}$ ${\ displaystyle Z_{\rm {max(okorrigerad)}}\ gånger R_{\rm {test}}/I}$ = .

En andra metod är konstantspänningsmätning, där föraren exciteras av en konstant spänning och strömmen som passerar genom spolen mäts. Excitationsspänningen dividerad med den uppmätta strömmen är lika med impedansen.

En vanlig felkälla med dessa två första metoder är användningen av billiga AC-mätare. De flesta billiga mätare är utformade för att mäta strömfrekvenser i bostäder (50–60 Hz) och blir alltmer felaktiga vid andra frekvenser (t.ex. under 40 Hz eller över några hundra hertz). Dessutom kan förvrängda eller icke-sinusvågsignaler orsaka mätfel. Billiga voltmetrar är inte heller särskilt exakta eller exakta när det gäller att mäta ström och kan introducera avsevärt serieresistans, vilket orsakar mätfel.

En tredje metod är ett svar på bristerna i de två första metoderna. Den använder ett mindre (t.ex. 10 ohm) seriemotstånd och mätningar görs av spänningen över drivenheten, signalgeneratorn och/eller seriemotståndet för frekvenser runt resonans. Även om det är tråkigt och inte ofta används i manuella mätningar, existerar enkla beräkningar som gör det möjligt att bestämma den verkliga impedansstorleken och fasen. Detta är den metod som används av många datorhögtalarmätsystem. När denna metod används manuellt är resultatet av att ta de tre mätningarna att deras förhållanden är viktigare än deras faktiska värde, vilket tar bort effekten av dålig mätares frekvensrespons.

Se även

externa länkar