Az elektrodinamikus hangszóró és hangsugárzó villamos helyettesítő képe és modellezése

9. rész: Thielle-Small paraméterek összefoglaló

Ebben a kis függelék szerű részben táblázatszerűen összefoglalom a fontosabb T-S paramétereket. Megpróbálok egyfajta csoportosítást is tenni, mégpedig különválasztom az alapelemek, vagyis a rendszer alapvető alkotóelemeinek paramétereit (pl. mozgótömeg, felfüggesztés rugóengedékenysége stb.) és az ezekből számoltakat (pl. rezonanciafreki). Ezen felül csoportosítva lesz a hangszóróhoz és a dobozhoz köthető paraméterek, ugyanis ne feledjük, a Thielle-Small modell hangszóró+doboz együttes modellje és a T-S paraméterek ennek a modellnek a paraméterei, így a dobozhoz köthető paraméterek ugyan úgy T-S paraméternek tekinthetők.

Fontosabb paraméterek csoportosítva:

ALAPELEMEK (A RENDSZER ALKOTÓELEMEINEK) PARAMÉTEREI
Mms[g]Teljes mozgó tömeg, minden mozgó elem tömege, kónusz, lengőcséve, félig a felfüggesztőelemek tömege és a membrán előtt és mögött együttmozgó levegőréteg tömege
Cms[mm/N]Felfüggesztőelemek (pille, membránszél) mechanikai hajlékonysága (engedékenysége) vagyis rugóállandójuk reciproka.
Rms[Ns/m][kg/s]A mechanikai mozgórészek súrlódásos vesztesége
Re[Ω]A hangszóró villamos oldali vesztesége, a cséve egyenáramú ellenállása.
Bl[N/A],[Tm]A hangszóró erőátviteli tényezője. Értéke megmondja, hogy a tekercsben folyó áram hatására, hányszoros erőhatás éri a lengőrendszert. A modellben a villamos-mechanikai transzformáció áttétele. Fizikailag a légrésindukció és a lengőtekercs mágneses tér által keresztezett részének huzalhosszának a szorzata.
Sd[cm²]A hangszóró hasznos sugárzó (membrán)felülete. Lényegében a hangszóró mechanikai-akusztikai(/pneumatikus) áttétele.
L(f,x)[mH]A hangszóró tekercsének induktivitása. Induktivitása és vesztesége frekvencia- és csévehelyzet függő. Sokszor több elemmel közelítik (Le, L2, R2)
ALAPELEMEK PARAMÉTEREIBŐL SZÁRMAZTATOTT PARAMÉTEREK
fs[Hz]Lengőrendszer rezonanciafrekvenciája
Vas[l]Térfogategyenérték. Az a zárt levegőmennyiség (többnyire literben), amely Sd membránfelületre akkora rugóhatást fejt ki, mint a hangszóró Cms mechanikai rugóengedékenysége.
QmsA hangszóró mechanikai elemeinek rezonanciajósága. Lényegében a mech. energiatárolók (mozgó tömeg (Mms), felfüggesztés rugóengedékenysége(Cms)) és veszteségének (súrlódásos ellenállás (Rms)) arányai
QesA hangszóró mechanikai elemeinek és az elektromos oldali veszteség rezonanciajósága. Lényegében a mech. energiatárolók (mozgó tömeg (Mms), felfüggesztés rugóengedékenysége(Cms)) és a mechanikai oldalon látszódó (áttranszformált (Bl)) elektromos veszteség (egyenáramú ellenállás (Re)) arányai
QtsA hangszóró teljes jósági tényezője, Qms és Qes eredője. Úgy is felfogható, hogy a mechanikai (Rms) és a villamos oldali áttranszformált (Bl,Re) veszteségek eredőjének és a mechanikai energiatárolók viszonya.
ηoAkusztikai hatásfok (referencia érzékenység: Watt/m² 1m távolgásban)
SPL @1W,1mÉrzékenység (hangnyomás 1W bemenőteljesítményen 1m távolságból mérve)
SPL @2.83V,1mÉrzékenység (hangnyomás 2.83Veff (ez 8Ω terhelésen 1W teljesítmény) bemenőfeszültségen 1m távolságból mérve)
NAGYJELŰ PARAMÉTEREK (nem az összes!)
Bl(x)Erőátvitel nagyjelű viselkedésnél (kitérésfüggőség figyelembevétele)
Cms(x)Felfüggesztés engedékenysége nagyjelű viselkedésnél (kitérésfüggőség figyelembevétele) Megjegyzendő, hogy nagyon kisjelű esetben hiszterézis nemlinearitással is kell(ene) számolni.
Hg[mm]Légrésmagasság
Hc[mm]Tekercsmagasság
Xlin[mm]Lineáris kitérés. Az a membránkitérés, amíg a lengőcséve homogén mágneses térben van. Gyakorlatilag a tekercs légrés felett és alatt kilógó része: Xlin=(Hc-Hg)/2 Többnyire csúcsban adják meg, figyeljünk, ha valahol csúcstól-csúcsig (p-p) van jelölve marketing okokból!
Xmax[mm]A 10% THD-al határolt kitérés.
Xmech[mm]A lengőrendszer maximális mechanikai kitérése
Vd[l]A membrán által megmozgatott levegővolumen Xmax-on(Sd*Xmax)
Pe[W],[VA]A hangszóró terhelhetősége. Ezt az adatot rendszerint túlbecsülik mind a gyártók és forgalmazók marketingesei, mind pedig a kevésbé hozzáértő felhasználók. Ha félretesszük a mindenféle képtelen reklámszabványokat (PMPO és társai), akkor a realitás talaján kétféle valódi terhelhetőségi határral találkozhatunk: termikus és mechanikai. A termikus azt a határt jelöli, ahol a tekercsben folyó villamos áram akkora hőt fejleszt, hogy az megsérül. (kiolvad a ragasztó és eldeformálódik az alkatrész, vagy leég a tekercshuzal) Ez jobban függ a villamos jel crest-faktorátol (csúcstényező), mint a bemenő jel teljesítménytől egyetlen Watt értékben kifejezve. Ez a szám a jel csúcsértéke és RMS értékének a hányadosa. Tudjuk, hogy a jel RMS értéke annak teljesítményarányos nagyságát jelöli, így a crest-faktor a jel úgymond „fűtőértékről” árúlkodik. (a nagy crest-faktorú jelnek kicsi a fűtőértéke) Mivel az erősítők egy bizonyos feszültségig vezérelhetők ki, így kötött a jel csúcsértéke. Az ehhez a csúcshoz viszonyított RMS teljesítény (ami ténylegesen fűt) ennél jelalaktól függően (egyenáram és szimmetrikus amplitúdójú négyszögjel kivételével) mindig kisebb. Az egyenáram és a szimmetrikus amplitúdójú négyszögjel esetén a kimenőteljesítmény maximális, a crest-faktor pedig 1, azaz 0dB. Szinuszjel crest-faktora 1/√2, azaz 3dB, ami fele akkora kimenőteljesítményt jelent. Mivel azonban szinuszjelre specifikálják az erősítőket, ezért most ehhez kell viszonyítanunk. Vagyis azt mondhatjuk, hogy négyszögjel esetén az erősítő 3dB-el nagyobb, azaz kétszeres(!) teljesítményt ad le. (És egy jó, kellően túlméretezett táppal felvértezett erősítő le is adja!) Ebből kiindulva adott szinuszos RMS kimenőteljesítményű erősítőnél különböző crest-faktorú jelek esetében a következő kimenőteljesítmények adódnak: 10dB esetén 20%, 20dB-nél 2%, 30dB-nél 0.2%, stb. A zenei jelek crest-faktora nagyon magas, átlagosan olyan 20dB körülire tartják [forrás], ami az RMS teljesítmény 2%-át jelenti a klippelés határáig kivezérelt erősítőn. Ez azonban nem egy állandó és biztosra vehető érték, műsoranyagtól függően olyan 10-30dB között változhat. A termikus terhelhetőséget nagyon nehéz reálisan meghatározni, mivel a műsoranyagok crest-faktorai nagyon eltérőek lehetnek, és pl. a 10dB különbségek is 10-szeres teljesítménykülönbségeket okoznak, ami óriási különbség! További befolyásoló tényező a lengőtekercs termodinamikus viselkedése (milyen gyorsan melegszik, és hűl vissza) és a hangszóró frekvenciafüggő impedanciája, beleértve a meddő és valós teljesítményösszetevőt. (a meddő teljesítményt a terhelés nem fűti el, hanem visszatáplálja a forrásba, így végül az küzd meg vele)
Másik terhelhetőség, a mechanikai, amit már szerencsére jóval könnyebb egzaktul meghatározni, és igazából normális használatkor inkább ez fog számítani. Azt a bemenőteljesítményt jelöli, amin a hangszóró membránkitérése eléri az Xmech határértéket. Látható, hogy míg az előzőnél a jel RMS teljesítménye játszott szerepet, addig itt a csúcsértéke dominál. Nem csak a hangszórótól függ, hanem a dobozától is, mivel a doboz meghatározza a membránkitérés alakulását. A mechanikai terhelhetőség frekvenciafüggő, és többnyire csak egy adott üzemi frekvencia-tartományon belül jó. Mivel a membránkitérés alacsony frekvenciák felé nő meg vészesen, így definiálnak egy alsó frekvenciahatárt, ami alatt a hangszóró rendeltetésszerűen már nem képes kezelni a bemenőjelet. Ez a mechanikai terhelhetőség alsó határa. Bár a hangdoboztervezők csak az állandósult szinuszos állapotra értelmezik a kitérés frekvenciafüggvényét, azért ne feledjük, hogy itt a jel időtartománybeli csúcsértékei a fontosak! Több szinuszjel egymásra keverése okozhat nagyobb csúcsokat, de a tranziens tartományban is lehet egyetlen szinuszgerjesztés válaszjele nagy, pl. induláskor túllendülhet az állandósult érték fölé.
A terhelhetőség mérésével az IEC 268-5 szabvány foglalkozik, mely meghatározott crest-faktorú és frekvenciaspektrumú zajt jelöl meg vizsgálójelnek. Bár nem volt alkalmam olvasni a szabvány betűit, de ismereteim szerint a terhelhetőség mérését olyan zajjal végzik, mely a hangszóró üzemi frekvenciatartományára van korlátozva, azon túl (alul és felül) 40dB/dekád meredekséggel vágva van. Crest-faktora a névleges terhelhetőség esetén 6dB, zeneinél pedig 9dB. (Frekvenciaspektrumáról sajnos nincs pontos infóm, elég ellentmondásos infókat találtam, és csak maga a szabvány elolvasása adná meg választ, mely sajnos pénzbe fájna (írd be a keresőbe hogy 60268-5)) Zenei terhelhetőségnél figyelembe veszik a mechanikai kitérést is: nem lépheti túl az Xmexh határt, valamit itt nem folytonos a mérőjel, hanem szaggatott.
Fontos tudni, hogy amíg normális (torzításmentes) zenével szól a hangsugárzó, addig viszonylag kevés hőt termel. Ebből a szempontból a névleges terhelhetőség többszörösét is képesek elviselni anélkül, hogy leégnének, feltéve, hogy közben nem lépjük túl a mechanikai korlátokat. Ez a jel magas crest-faktora miatt van így. Ha nem rendeltetésszerű -de a mechanikai határt nem feszegető- jelekkel merényeljük meg a hangsugárzót (pl. négyszögjel), akkor az még akkor is leéghet, ha sokkal kisebb teljesítményű a jel a hangszóró névleges terhelhetőségénél. Egy torzításba/klippelésbe vezérelt erősítő kimenőjele négyszögesedik, crest-faktora drasztikusan lecsökken, az RMS teljesítmény (a jel „fűtőértéke”) pedig jelentősen megnő. A fentiekből láthatjuk, hogy ez nagyon veszélyes a hangszóróra, még akkor is, ha az erősítő kisebb kimenőteljesítményű, mint a rákapcsolt hangsugárzó terhelhetősége! A városi legendákkal szemben, sokkal kedvezőbb az olyan eset, amikor az erősítő kicsivel nagyobb kimenőteljesítményt tud leadni, mint amennyi a hangsugárzó névleges terhelhetősége. Ekkor ugyanis képes a hangsugárzót torzítatlan, magas crest-faktorú jellel képességei határáig kihajtani, miközben a hangerőt úgy is csak addig tekerjük, amíg a hangszóró látva/hallva mechanikailag jól érzi magát.
DOBOZZAL KAPCSOLATOS PARAMÉTEREK
Vb[l]Doboz nettó térfogata
Ca[m³/Pa]Doboz légrugójának akusztikai hajlékonysága (egységnyi felülettel megnyomott légrugó)
QmcZárt doboz mechanikai jósága
QecZárt doboz elektromos jósága
QtcZárt doboz teljes jósága
QlDoboz szivárgási vesztesége (dobozjóság)
QaDoboz abszorpciós vesztesége (csillapítóanyag a dobozban)
QpReflexcső jósága
fb[Hz]Helmholtz rezonátor rezonanciafrekvenciája (reflexdoboz hangolási frekvenciája)
αVb és Vas aránya, bassz-reflex doboznál használatos
hfb és fs aránya bassz-reflex doboznál

Hangszóró T-S paramétereinek kapcsolatai:

Hangszóró T-S paramétereinek kapcsolatai
Kép betöltése…
Bezár