Citlivost měniče v okolí rezonančního kmitočtu, tvar charakteristiky

13.7 2008 13:28

Vždycky mě pobaví, když čtu jak dosahuje subwooferová reprosoustava citlivosti 98dB. Nebo jak je jeden reproduktor citlivější o 5dB než druhý. Že tomu tak zdaleka není, je možné odsimulovat všude možně, jenže né každý to zřejmě udělal nebo "to tam vidí". A to vůbec nemluvím o různých kouzlech při měření citlivosti, použitých napětích a hlavně zapojení cívek.
Elektrodynamický reproduktor - reproduktor s magnetem, cívkou a membránou, je ve většině literatury rozebírán na základě elektromechanické analogie. Stručně řečeno se na reproduktor nahlíží jako na elektrický filtr a jeho přenosová charakteristika se simuluje úplně stejně. Mechanické vlastnosti v této analogii samozřejmě nejsou zahrnuty a tak je potřeba sledovat provedení reproduktoru individuálně. Jednak je potřeba brát v potaz tepelnou kompresi (při vyšším příkonu se cívka ohřeje - stoupne její odpor a citlivost tak klesne) - větrání a průměr kmitací cívky a druhak provozní šum reproduktoru - komprese vzduchu - turbulence uvnitř měniče. Na oba problémy platí stejné řešení - díry ke kmitačcce, kde se dá. Trn může být dutý, prostor mezi středičkou a magnetem může obsahovat díry, dokonce i mezera pro cívku může být ze zadní strany "děravá". Ačkoliv se to možná nezdá, turbulence (i velká výchylka) dělají se zvukem hodně. Pro větší počet menších membrán vyjdou líp než pro jednu velkou o stejném obsahu.
Když se nakreslí frekvenční charakteristika reproduktoru, může se rozdělit na tři části, elektrodynamický měnič se chová jako bandpass. Citlivost a frekvenční charakteristika prostřední části je změřitelná mikrofonem nebo impedančně jako jmenovitá a, pokud je měřená s příkonem odpovídajícím impedanci reproduktoru, dá se na ni spolehnout (nejčastěji 2,83V pro 8Ohmů). V této oblasti záleží pouze na Mms, Sd, Bl a Re, jaká citlivost bude. Na vyšších frekveních následuje více či méně strmý pokles vlivem pevně daných rozměrů a materiálu membrány i cívky.
Poslední oblast je nejzajímavější - reproduktor v ní má rezonanční kmitočet - jasný vrchol v impedanční charakteristice. Tady je citlivost udána výlučně sílou pohonu Bl/SQRT(Re) a objemem ozvučnice. Přesněji síla pohonu určuje tvar zakončení charakteristiky (jakési Q) a objem určuje citlivost tam dole absolutně. Záměrně říkám sílu pohonu, ne magnetu, protože to jsou dvě rozdílné věci. U síly pohonu záleží na provedení cívky, jak je dlouhá a jakou částí kmitá v mezeře s magnetickým indukčním tokem. Dva reproduktory, stejné až na různě dlouhou cívku, budou mít úplně jiné síly pohonu a využití.
Reproduktor bych si dovolil umístit do ozvučnice, bez ní by moc nehrál a to, co chci popisovat, se nejlíp uvidí v bassreflexu. Na začátku se smiřte s tím, že citlivost na a až oktávu nad laděním bassreflexu je daná jen a pouze objemem ozvučnice, nikoliv měničem. Tvar zakončení charakteristiky je zase určen výhradně sílou pohonu v objemu. Funguje to tedy tak, že, pokud máte vysněnou nějakou svoji basovou charakteristiku, existují pouze určité kombinace síly pohonu a objemu, se kterými dosáhnete cíle. Svoje tvrzení obhájím na simulacích a vyzkoušel sem si ho i v reálu.
červená linka - Eminence Delta 15LF
zelená linka - B&C 15PS76
objem a ladění - 150l a 30Hz
Graf určuje závislost akustického tlaku (dB) na frekvenci (Hz). Buzeno je 1 VA a graf odpovídá měření z 1m v poloprostoru.

Je celkem jasně vidět, že B&C 15PS76 je asi dvakrát silnější reproduktor než Delta 15LF. Ve 150l je charakteristika BCčka ještě oktávu nad laděním rovná, kdežto Delta nasazuje pokles 10dB na oktávu.
Ladění bylo zvoleno náhodně, nic tím nesleduji.













červená linka - Eminence Delta 15LF
zelená linka - B&C 15PS76
objem a ladění - 300l a 30Hz

V dvojnásobném objemu už má Eminence použitelnou charakteristiku, pro B&C už je 300l moc. Delta 15LF by v 500l měla už, jak se říká, charku jako když střelí, takže citlivost nějakých 95dB až ke 30Hz, což je úctyhodná hodnota. 15PS76 už svoji citlivost na 50Hz nezvyšuje kvůli síle pohonu. K poddajnosti (převrácená hodnota tuhosti) se ale ještě dostanu.
Dva obrázky potvrzují výše napsané - citlivost odpovídá objemu, tvar síle motoru vztažené k objemu. Silný reproduktor pracuje optimálně v menším objemu, ale nedá se s ním dosáhnout takové citlivosti u frekvence ladění. Slabý reproduktor je možno provozovat v obrovské ozvučnici a dosáhnout tak velké citlivosti.

Pro pořádek v 500l a 30Hz.

Hmotnost citlivost spodní oktávy neovlivňuje, ta pouze spoluurčuje jmenovitou citlivost, což je hodnota, kterou bude mít reproduktor na 200Hz už určitě. Poddajností si nejsem tak úplně jistý, protože ji není tak jednoduché porovnávat, musí se uvažovat Rms a ten je pro každý materiál (výrobce) jiný. Zatím sem akorát vyzkoumal, že by měla poddajnost zvýšit citlivost u ladění, ale nijak výrazně. Víc než dvojnásobná poddajnost v simulaci vypadá o 1dB líp, ale to je dost možná chyba vstupních dat a vlastně to není poddajnost, ale ztráty v závěsu (Rms), které ovlivňují.
Pokud by chtěl někdo dostat rovnou charku s laděním nízko od velmi silného reproduktoru, bude muset aktivně ekvalizovat nebo přidat hmotnost, aby se snížila citlivost vyšších frekvencí a přiblížila se citlivosti spodní oktávy.

zelená linka - B&C 18PS76 originál
bílá linka - B&C - přidáno 250g kmit. hmotnosti
červená - Linkwitz Transform Circuit až -11dB
objem a ladění - 200l a 20Hz

S laděním bassreflexu, případně tvarem charky je to složitější. Jedno je ale jasné, charakteristika by měla mít na ladění BR pokles minimálně 3dB, spíš víc, protože BR minimalizuje výchylku a tímpádem i zkreslení. Půl oktávy nad laděním, kde je výchylka vždy nejvyšší (za předpokladu rovné charky), by pak vysoké zkreslení příliš vyniklo.

Takže co sem to chtěl vlastně říct? Určete si citlivost subbasů objemem, reproduktorem už ji nedoženete!