o knjizi

akustika prostorija

zvučnici

pojačala

spojni kabeli

mjerenja

pitanja i odgovori

Links

Site Map

Studio monitor

Mehanička konstrukcija zvučničkih kutija

Transmission Line, Band Pass & Isobaric Configuration

Popis 500 Top-End zvučnika

zvučnici

Kavitacije membrana

Konstrukcije dipolnih zvučnika

Kompresione kutije

Preporučljivi zvučnici za izradu High End kutija

Linkovi o akustici prostorija

 

ELEKTRODINAMIČKI ZVUČNIK U KUTIJI

Uvod

Za dobivanje bilo kakvog korisnog zvuka dinamičkim zvučnikom neophodno ga je ugraditi u kutiju. Ono što nas najviše zanima je korisna reprodukcija basova. Što je niža frekvencija koju želimo zadovoljavajuće reproducirati, a veća snaga koju želimo postići, potrebno je zvučničkom membranom istisnuti veću zapremninu zraka. Za realizaciju akustičke snage od 0.2 vata na frekvenciji 35 Hz, potrebno je linearno istisnuti 0.3 litre zraka iz zvučničke kutije zapremnine 60 litara. Uz uvjet maksimalnog linearnog pomaka od samo 5 mm, potreban je zvučnik promjera 30 cm.

Zvučnik je moguće ugraditi u otvorenu ili zatvorenu kutiju ili u kutiju s lijevkom. U zatvorenoj kutiji cilj nam je potpuno poništiti stražnje zračenje membrane i apsorbirati ga unutar kutije. Primjenom otvorene kutije cilj nam je iskoristiti i stražnje zračenje membrane u svrhu pojačanja prednjeg zračenja na niskim frekvencijama. Kutija s lijevkom optimalno može prilagoditi akustičku impedanciju zvučnika pa se tako realizira maksimalna efikasnost.

Zatvorena kutija je konceptualno najjednostavnija pa ćemo je prvu analizirati.

Zatvorena zvučna kutija

Ugradimo li zvučnik u otvor prednje ploče zatvorene kutije određene zapremnine, spriječit ćemo direktnu interferenciju zračenja s prednje i stražnje strane membrane. Međutim, unutar kutije, koja mora biti veća od bas zvučnika, nastaju stojni valovi. Da bi se izbjegli ovi stojni valovi, konstruktor ispunjava kutiju materijalima za prigušenje i nastoji postaviti takav omjer stranica pri kojem će dužine stranica biti što različitije.

Na niskim frekvencijama stranice kutija su vrlo mali cjelobrojnici niskih frekvencija, pa zapremnina zraka u kutiji djeluje elastično. To reaktivno djeluje na pozadinu membrane zvučnika zatvorene kutije. Membrana pri pozitivnom pomaku u kutiji stvara podtlak koji olakšava njen povrat. Pri negativnom pomaku membrana u kutiji stvara nadtlak koji je nastoji "izbaciti" vani. Krutost zraka u kutiji dodaje se krutosti ovjesa zvučnika, što povećava rezonantnu frekvenciju zvučnika. Nadalje, to uzrokuje znatno podizanje Q faktora na rezonantnoj frekvenciji. Ako je krutost kojoj pridonosi zrak u kutiji mnogo veća od krutosti ovjesa zvučnika, potpuno zatvorena kutija naziva se "zračni ovjes". Raspolažemo li zvučnikom s Q faktorom manjim od 1, rezonantnom frekvencijom oko 25 Hz i montiramo li ga u potpuno zatvorenu kutiju zapremnine 30 litara, ukupni Q sustava kutije i zvučnika će biti oko 1, a rezonancija zvučnika i kutije bit će oko 60 Hz. Porast Q faktora uzrokovat će porast akustičkog odziva na rezonantnoj frekvenciji sustava. Ispunimo li kutiju akustičkim apsorpcijskim materijalom, izgubiti će se mali dio poboljšanja.

Vrlo je teško definirati kako će se takav zvučnik ponašati u prostoriji korisnika s nepredvidljivom akustikom. Selektivna apsorpcija i distribucija modova unijet će promjene frekvencijskog odziva. Prostorna distribucija zvučnog polja najviše će ovisiti o karakterističnoj usmjerenosti zvučničkog sustava i manjim dijelom o njegovom smještaju u prostoriji.

O utjecaju Q faktora na subjektivni osjet zvuka, brojna ispitivanja i iskustvo pokazuju kako uho preferira oblik krivulje drugog reda, i Q faktor manji od 1, što sprječava "zvonjavu" prijelaznih pojava pri reprodukciji - kako pokazuje dijagram. Neki smatraju upravo taj odziv optimalnim.

 

Utjecaj Q faktora zvučničkog sustava na odziv

Proizvođači zvučnika znaju kako kupci najčešće postavljaju zvučnike u blizini zidova, ili sami naglašavaju da zvučnike treba upravo tako postaviti (npr. zvučnici za policu) pa se ne treba pouzdati u krivulju frekvencijskog odziva zvučnika napravljenu u gluhoj komori. Oblik krivulje će u prostoriji biti mnogo bolji, što se tiče najniže reproducirane frekvencije, ali nelinearniji od onog u gluhoj komori. Promjenom položaja zvučnika u prostoriji može se djelovati na promjenu frekvencijskog odziva niskih frekvencija. Za zadani Q faktor zvučnika, promjenom udaljenosti od zidova i usm

 

Kompromisi

Kada konstruktor zatvorene zvučničke kutije mijenja zapremninu kutije kako bi promijenio odreznu frekvenciju i Q faktor, efikasnost zvučnika na srednjim frekvencijama se ne mijenja. Da bi promijenili efikasnost na rezonantnoj frekvenciji sustava potrebno je promijeniti magnetsku indukciju zvučnika. Često se proizvode potpuno isti zvučnici s potpuno različitim vrijednostima Bl faktora. Povećanjem magnetske indukcije B za faktor 1.4, na srednjim frekvencijama dvostruko se povećava efikasnost.

Konstruktor onda može odlučiti da li će žrtvovati reprodukciju najnižih frekvencija kako bi postigao veću efikasnost i/ili mnogo manju zapremninu kutije.

Vrlo približna, ali ipak aproksimacijska, relacija za efikasnost zatvorene zvučničke kutije u funkciji veličina o kojima govorimo je:

eta = (fs/c)3 (Vb/Qt)

Vidljivo je da efikasnost raste najviše povišenjem rezonantne frekvencije sustava i to kubom. Dakle, što sustav zatvorene kutije ima višu rezonantnu frekvenciju, imat će i višu efikasnost. Tko hoće malu zatvorenu kutiju, s najboljim odzivom na niskim frekvencijama, najbolje rezultate postići će sa zvučnikom velike mase membrane. Tako realizirani sustav bit će izuzetno neefikasan.

 

Akustičko prigušenje

 

Neki zvučnici imaju neprihvatljivo visok Q faktor ili sami po sebi, ili zato jer im se Q faktor povećao montiranjem u zatvorenu zvučničku kutiju. U tom slučaju neophodno je kutiju potpuno ispuniti akustičkim materijalima za prigušenje. Razni autori preporučuju različite materijale među kojima su: vuna animalnog porijekla, niti fiberglasa, mineralne vune, spužvasti materijali itd. Svi ovi materijali imaju različitu efikasnost u obavljanju namijenjene zadaće. Najefikasnije će se prigušenje stojnih valova i smanjenje Q faktora postići ispunom cijele kutije, što simulira veću zapremninu kutije. Materijali se ni u kojem slučaju ne bi smjeli stavljati u slojevima na unutrašnje stjenke kutije. O korisnosti takvih postupaka objavljeno je mnogo radova u literaturi, a u eksperimentalnom radu pažljivim slušanjem i mjerenjem postižu se najbolji rezultati.

Drugi problem s kojim se susreću projektanti su vibracije stjenki kutije. Najefikasniji način je pojačanje panela, ali na takav način da im se rezonancije potisnu u područje na kojim radno područje primijenjenog zvučnika nema nikakvog utjecaja. Također se za izradu najskupljih i najcjenjenijih dinamičkih zvučnika primjenjuju materijali vrlo velike otpornosti na vibracije. To su u prvom redu tzv. "sendvič konstrukcije" kojima se postiže vrlo velika krutost, a izuzetno mala masa. U sredini "sendviča" su vrlo elastični materijali koji guše sve vibracije. Posebno treba u samogradnji biti oprezan sa ispunom duplih stjenki pijeskom ili industrijskim talkom koji je daleko efikasniji i nije higroskopan. Bez dostupnog akcelerometra ni u kojem slučaju ne preporučavamo takve konstrukcije u samogradnji. Sendvič konstrukcija u određenim uvjetima na frekvencijama koincidencije može razviti dvostruko veće rezonancije od jednostruke stjenke. Ako se konstrukcija zvučnika izrađuje bez mogućnosti primijene takvih rješenja, jer je autoru nedostupan akcelerometar, osim unutrašnjih ukrućenja, najbolji rezultat se može postići i zalijevanjem unutrašnjih stjenki elastičnom smjesom. Debljina "premaza" treba biti barem 1/3 debljine stjenke za osiguranje dodatnog gušenja vibracija. Posebnu pažnju treba obratiti na kemijski sastav "premaza", koji ne smije ispuštati štetne tvari koje otapaju ljepila i materijale od kojih su izrađeni zvučnik i elementi skretnice.

 

Relacije za projektiranje zatvorene kutije

Ovdje ćemo prikazati jednostavne relacije za projektiranje zatvorene zvučne kutije. Relacije su aproksimacijske prirode i vrijede za zvučnike čiji je QTS od 0,25 do 0,65 s točnošću od +/- 1 dB ili +/-10%. Ako je QTS izvan tih granica greška će biti veća.

Slijedeća pretpostavka je uporaba klasičnog termoakustičkog materijala za ispunu kutije. Koriste li se materijali ispune s različitim apsorpcijskim značajkama nužno je promijeniti konstante koje su u uporabi pri proračunu.

Pri proračunu zatvorene zvučničke kutije osnovno je poznavanje značajki zvučnika kojeg ćemo koristiti za izradu kutije. Nužno je poznavanje:

fSB - frekvencija rezonancije zvučnika u Hz

QTS - ukupni Q faktor zvučnika na frekvenciji fSB

VAS - ekvivalentni zapremnina zvučnika u dm3

VD - maksimalna linearno istisnuta zapremnina zraka u cm3

Sustav s potpuno zatvorenom ili tzv. kompresijskom kutijom je najednostavniji od svih sustava te iz specificiranih parametara zvučnika, lako možemo izračunati donju graničnu frekvenciju koja se može realizirati:

 

f3 = 0.8 fS / QES

Dakle, za što nižu donju graničnu frekvenciju, potrebna je kombinacija velike mase i male snage motora. Takva kombinacija, osim niske frekvencije, realizira i izuzetno nisku efikasnost, pa zvučnici u zatvorenim kuitjama nisu pogodni za razglasne sustave kod kojih je potrebna vrlo visoka glasnoća.

Pored toga, potrebno je unaprijed znati hoće li se završena kutija ispuniti tipičnim apsorpcijskim termoakustičkim materijalom.

Poznavanjem svega navedenog, pri proračunu ostaju dvije opcije. Možemo proizvoljno zadati zapremninu zatvorene zvučne kutije te izračunati donju graničnu frekvenciju sustava, snagu, efikasnost i frekvencijski odziv. Druga opcija je proizvoljno definiranje QTC gotovog sustava na bilo koju vrijednost te proračunavanje svih ostalih veličina.

U knjizi AKUSTIKA PROSTORIJA, prikazani su postupci proračuna zvučničkih kutija.

 

Zaključak

Za vrhunski dinamički zvučnik nužna je akustički kvalitetna prostorija. Zvučnik u prostoriji treba pravilno postaviti i spregnuti s pojačalom, ali i modovima prostorije.

Zvučnik za visoku vjernost reprodukcije i monitor aplikacije, s naglaskom na dubokom i brzom basu, treba biti srednje osjetljivosti, ravnom konusnom membranom srednje do velike mase. Membrana treba biti izrađena od termoplastičnog ili kompozitnog materijala, a posebno su cijenjene aluminijske ili membrane sendvič konstrukcije. Nosač zavojnice obvezno mora biti Nomex ili Kapton. Zavojnica treba biti izrađena od bakrene žice kvadratnog ili šesterokutnog presjeka, te obvezno mora biti znatno duža od magnetskog procjepa. Procjep treba biti što uži, s optimalno podešenom radnom točkom i indukcijom. Ovjes membrane treba biti polukružni gumeni, od poliuretanske pjene ili slični. Po mogućnosti trebali bi doznati iznos temperaturnog sažimanja, koji ne bi smio biti veći od 2 dB, te da li je taj efekt uzet u obzir prilikom projektiranja zvučne kutije. Prilikom odabira membrane zvučnika treba znati da su visoke efikasnosti moguće samo s velikom membranom. Velike membrane imaju mnogo manja izobličenja od malih membrana. Električna snaga zvučnika je potpuno nevažan podatak. Glavna ograničenja dinamičkih zvučnika su u mehaničkom, a ne električnom ili magnetskom području pa zvučnik mora imati izuzetno povoljne mehaničke značajke.

| Home Hr | Site Map Hr | English | Contact Us |