Thiele / pequeños parámetros

Los parámetros Thiele / Small (comúnmente abreviados parámetros T / S, o TSP) son un conjunto de parámetros electromecánicos que definen el rendimiento de baja frecuencia especificado de un controlador de altavoz. Estos parámetros se publican en hojas de especificaciones por los fabricantes de controladores para que los diseñadores tengan una guía en la selección de controladores estándar para diseños de altavoces. Usando estos parámetros, un diseñador de altavoces puede simular la posición, la velocidad y la aceleración del diafragma, la impedancia de entrada y la salida de sonido de un sistema que comprende un altavoz y una caja. Muchos de los parámetros están estrictamente definidos solo en la frecuencia de resonancia, pero el enfoque es generalmente aplicable en el rango de frecuencia donde el movimiento del diafragma es en gran parte pistónico, es decir, cuando todo el cono se mueve hacia adentro y hacia afuera como una unidad sin ruptura del cono.

En lugar de comprar componentes estándar, los ingenieros de diseño de altavoces a menudo definen el rendimiento deseado y trabajan al revés con un conjunto de parámetros y fabrican un controlador con dichas características o lo piden a un fabricante de controladores. Este proceso de generar parámetros a partir de una respuesta objetivo se conoce como síntesis. Los parámetros Thiele / Small llevan el nombre de A. Neville Thiele de la Australian Broadcasting Commission y Richard H. Small de la Universidad de Sydney , quien fue pionero en esta línea de análisis para altavoces. Un uso común de los parámetros Thiele / Small es el diseño de sistemas de megafonía y cajas de altavoces de alta fidelidad. ; Los cálculos de TSP indican a los profesionales del diseño de altavoces qué tan grande debe ser un gabinete de altavoz y qué tan grande y largo debe ser el puerto bass reflex (si se usa).

Historia

El artículo de 1925 ^[1] de Chester W. Rice y Edward W. Kellogg , impulsado por los avances en la radio y la electrónica, aumentó el interés en los altavoces de radiador directo. En 1930, AJ Thuras de Bell Labs patentó (Patente de Estados Unidos No. 1869178) su "Dispositivo de traducción de sonido" (esencialmente una caja ventilada) que fue evidencia del interés en muchos tipos de diseño de cerramiento en ese momento.

El progreso en el diseño y análisis de cajas de altavoces utilizando circuitos analógicos acústicos por parte de especialistas en acústica académica como Harry F. Olson continuó hasta 1954 cuando Leo L. Beranek del Instituto de Tecnología de Massachusetts publicó Acoustics , ^[2] un libro que resume y amplía la electroacústica de la época. JF Novak utilizó supuestos simplificadores novedosos en un análisis en un artículo de 1959 ^{[3] [4]}lo que llevó a una solución práctica para la respuesta de un altavoz dado en cajas selladas y ventiladas, y también estableció su aplicabilidad mediante medición empírica. En 1961, apoyándose en gran medida en el trabajo de Novak, AN Thiele describió una serie de "alineaciones" de cajas selladas y ventiladas (es decir, diseños de gabinetes basados ​​en la teoría del filtro eléctrico con un comportamiento bien caracterizado, incluida la respuesta de frecuencia, el manejo de potencia, la excursión del cono, etc. ) en una publicación de una revista australiana. ^[5] Este artículo permaneció relativamente desconocido fuera de Australia hasta que se volvió a publicar en el Journal of the Audio Engineering Society en 1971. ^{[6] [7]}Es importante tener en cuenta que el trabajo de Thiele descuidó las pérdidas del recinto y, aunque la aplicación de la teoría del filtro sigue siendo importante, sus tablas de alineación ahora tienen poca utilidad en el mundo real debido a que no se tienen en cuenta las pérdidas del recinto.

Muchos otros continuaron desarrollando varios aspectos del diseño de cajas de altavoces en la década de 1960 y principios de la de 1970. De 1968 a 1972, JE Benson publicó tres artículos ^[8] en una revista australiana que analizaba minuciosamente diseños de radiadores sellados , ventilados y pasivos , todos utilizando el mismo modelo básico, que incluía los efectos del recinto, fugas y pérdidas de puerto. A partir de junio de 1972, Richard H. Small publicó una serie de artículos muy influyentes sobre el análisis directo del sistema de altavoces de radiador, ^[9] incluyendo caja cerrada, ^{[10] [11]} caja ventilada, ^{[12] [13] [14] [15]}y sistemas de altavoces de radiador pasivo ^{[16] [17]} , en el Journal of the Audio Engineering Society , reafirmando y ampliando el trabajo de Thiele. Estos artículos también se publicaron originalmente en Australia, donde había asistido a la escuela de posgrado y donde su director de tesis era JE Benson. El trabajo de Benson y Small se superpuso considerablemente, pero difería en que Benson hizo su trabajo usando programas de computadora y Small usó simuladores analógicos . Small también analizó los sistemas, incluidas las pérdidas del recinto. Small y Garry Margolis, de JBL , publicaron un artículo en el Journal of the Audio Engineering Society (junio de 1981), ^[18] que reformuló gran parte del trabajo que se había publicado hasta entonces en formas adecuadas para las calculadoras programables de la época.

Parámetros fundamentales

Estos son los parámetros físicos de un controlador de altavoz, medidos a niveles de señal pequeños, utilizados en los modelos de circuitos eléctricos equivalentes. Algunos de estos valores no son fáciles ni convenientes de medir en un controlador de altavoz terminado, por lo que al diseñar altavoces utilizando unidades de control existentes (que es casi siempre el caso), los parámetros de medición más fáciles que se enumeran en Parámetros de señal pequeña son más prácticos.

• S _d - Área proyectada del diafragma del conductor, en metros cuadrados.
• M _ms : masa del diafragma / bobina, incluida la carga acústica, en kilogramos. La masa del diafragma / bobina solo se conoce como M _md
• C _ms - Cumplimiento de la suspensión del conductor, en metros por newton (el recíproco de su 'rigidez').
• R _ms : la resistencia mecánica de la suspensión de un conductor (es decir, 'pérdida'), en N · s / m
• L _e - Inductancia de la bobina móvil, en milihenries (mH) (medida a 1 kHz).
• R _e - Resistencia de CC de la bobina móvil, en ohmios.
• Bl - El producto de la fuerza del campo magnético en el espacio de la bobina móvil y la longitud del cable en el campo magnético, en metros de tesla (T · m).

Parámetros de señales pequeñas

Estos valores pueden determinarse midiendo la impedancia de entrada del controlador, cerca de la frecuencia de resonancia, a niveles de entrada pequeños para los cuales el comportamiento mecánico del controlador es efectivamente lineal (es decir, proporcional a su entrada). Estos valores se miden más fácilmente que los fundamentales anteriores.

• F _s : frecuencia de resonancia del controlador

${\displaystyle F_{\rm {s}}={\frac {1}{2\pi \cdot {\sqrt {C_{\rm {ms}}\cdot M_{\rm {ms}}}}}}}$

• Q _es - Q eléctrico del conductor en F _s

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

• Q _ms - Q mecánica del controlador en F _s

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

• Q _ts - Q total del conductor en F _s

${\displaystyle Q_{\rm {ts}}={\frac {Q_{\rm {ms}}\cdot Q_{\rm {es}}}{Q_{\rm {ms}}+Q_{\rm {es}}}}}$

• V _as - Volumen de cumplimiento equivalente, es decir, el volumen de aire que, cuando actúa sobre un pistón de área S _d , tiene el mismo cumplimiento que la suspensión del conductor:

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

donde ρ es la densidad del aire (1,184 kg / m ³ a 25 ° C) yc es la velocidad del sonido (346,1 m / sa 25 ° C). Usando unidades SI , el resultado estará en metros cúbicos. Para obtener V _como en litros , multiplique por 1000.

Grandes parámetros de señal

Estos parámetros son útiles para predecir la salida aproximada de un controlador a niveles de entrada altos, aunque son más difíciles, a veces extremadamente difíciles o imposibles de medir con precisión. Además, los efectos de compresión de potencia, térmicos y mecánicos debidos a altos niveles de señal (por ejemplo, alta tensión y corriente eléctrica, movimiento mecánico extendido, etc.) cambian el comportamiento del controlador, a menudo aumentando la distorsión de varios tipos.

• X _max : excursión de pico lineal máxima (o, a veces, de pico a pico) (en mm) del cono. Tenga en cuenta que, debido a problemas mecánicos, el movimiento de un cono conductor se vuelve no lineal con grandes excursiones, especialmente aquellas que superan este parámetro.
• X _mech : máxima excursión física del conductor antes del daño físico. Con una entrada eléctrica suficientemente grande, la excursión dañará la bobina móvil u otra parte móvil del controlador. Además, las disposiciones para el enfriamiento de la bobina móvil (p. Ej., Ventilación de la pieza polar o aberturas en el formador de la bobina móvil sobre la bobina misma, que permiten la disipación de calor con el flujo de aire) cambiarán los comportamientos con grandes excursiones de cono.
• P _e - Capacidad de manejo de potencia térmica del conductor, en vatios. Este valor es difícil de caracterizar y, a menudo, los fabricantes y otros lo sobreestiman. A medida que la bobina móvil se calienta, cambia de dimensión hasta cierto punto y cambia la resistencia eléctrica de manera considerable. Este último cambia las relaciones eléctricas entre la bobina móvil y los componentes de cruce pasivo, cambiando la pendiente y los puntos de cruce diseñados en el sistema de altavoces.
• V _d - Volumen de desplazamiento pico, calculado por V _d = S _d · X _max

Otros parámetros

• Z _max : la impedancia del controlador en F _s , que se utiliza al medir Q _es y Q _ms .

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

• EBP: el producto de ancho de banda de eficiencia, una medida indicadora aproximada. Una regla práctica común indica que para EBP> 100, quizás sea mejor utilizar un controlador en un gabinete ventilado, mientras que EBP <50 indica un gabinete sellado. Para 50 <EBP <100, cualquiera de los dos gabinetes puede usarse de manera efectiva.

${\displaystyle EBP={\frac {F_{s}}{Q_{es}}}}$

• Z _nom : la impedancia nominal del altavoz, normalmente 4, 8 o 16 ohmios.
• η ₀ : la eficiencia de referencia o "potencia disponible" del conductor, en porcentaje.

${\displaystyle \eta _{0}=\left({\frac {\rho \cdot B^{2}\cdot l^{2}\cdot S_{d}^{2}}{2\cdot \pi \cdot c\cdot M_{ms}^{2}\cdot R_{e}}}\right)\times 100\%}$^[19]

La expresión ρ / 2 πc se puede reemplazar por el valor 5.445 × 10 ⁻⁴ m ² · s / kg para aire seco a 25 ° C. Para aire a 25 ° C con 50% de humedad relativa, la expresión se evalúa como 5.365 × 10 ⁻⁴ m ² · s / kg.

• Una versión que se calcula más fácilmente con los parámetros típicos publicados es:

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

La expresión 4π ² / c ³ se puede reemplazar por el valor 9.523 × 10 ⁻⁷ s ³ / m ³ para aire seco a 25 ° C. Para aire a 25 ° C con 50% de humedad relativa, la expresión se evalúa como 9,438 × 10 ⁻⁷ s ³ / m ³ .

• A partir de la eficiencia, podemos calcular la sensibilidad, que es el nivel de presión sonora que produce un altavoz para una entrada determinada:

Un altavoz con una eficiencia del 100% (1.0) produciría un vatio por cada vatio de entrada. Considerando el controlador como una fuente puntual en un deflector infinito, a un metro esto se distribuiría en un hemisferio con un área de 2π m ² para una intensidad de 1 / (2π) = 0.159155 W / m ² . El umbral auditivo se toma como ^10-12  W / m ² (que corresponde a un nivel de presión de 20x10 ^-6  Pa). Por lo tanto, un altavoz con una eficiencia del 100% produciría un SPL igual a 10log (0,159155 / 10 ^–12 ), que es 112,02 dB.

El SPL a 1 metro para una entrada de 1 vatio es entonces: dB _{(1 vatio)}  = 112.02 + 10 · log ( η ₀ )

El SPL a 1 metro para una entrada de 2,83 voltios es entonces: dB _{(2,83 V)}  = dB _{(1 vatio)}  + 10 · log (8 / R _e ) = 112,02 + 10 · log (η ₀ ) + 10 · log (8 / R _e )

Descripciones cualitativas

Sección transversal de un altavoz de cono dinámico. Imagen no a escala.

F _s

También llamada F _s , frecuencia de resonancia medida en hercios (Hz). La frecuencia a la que la combinación de la energía almacenada en la masa en movimiento y la elasticidad de la suspensión es máxima y da como resultado la máxima velocidad del cono. Una suspensión más flexible o una masa en movimiento más grande provocará una frecuencia de resonancia más baja y viceversa. Por lo general, es menos eficiente producir una salida a frecuencias por debajo de F _s , y las señales de entrada significativamente por debajo de F _s pueden causar grandes desviaciones, poniendo en peligro mecánicamente al controlador. Los woofers suelen tener una F _s en el rango de 13 a 60 Hz. Los medios suelen tener una F _sen el rango de 60–500 Hz y tweeters entre 500 Hz y 4 kHz. Una tolerancia típica de fábrica para _la especificación F _s es ± 15%.

Q _ts

Una medida sin unidades, que caracteriza la amortiguación combinada eléctrica y mecánica del conductor. En electrónica, Q es la inversa de la relación de amortiguación. El valor de Q _ts es proporcional a la energía almacenada, dividida por la energía disipada, y se define en resonancia ( F _s ). La mayoría de los controladores tienen valores de Q _ts entre 0,2 y 0,5, pero existen razones válidas (aunque inusuales) para tener un valor fuera de este rango.

Q _ms

Una medida sin unidades, que caracteriza la amortiguación mecánica del conductor, es decir, las pérdidas en la suspensión (envolvente y araña). Varía aproximadamente entre 0,5 y 10, con un valor típico en torno a 3. Q _ms altos indica pérdidas mecánicas menores, y un Q _ms bajo indica pérdidas más altas. El efecto principal de Q _ms está en la impedancia del controlador, con controladores de Q _ms altos que muestran un pico de impedancia más alto. Un predictor de Q _ms bajo es un formador de bobinas de voz metálico. Estos actúan como frenos de corrientes parásitas y aumentan la amortiguación, reduciendo Q _ms. Deben diseñarse con una interrupción eléctrica en el cilindro (por lo que no hay bucle conductor). Algunos fabricantes de altavoces han colocado giros cortos en la parte superior e inferior de la bobina móvil para evitar que salga del espacio, pero el ruido agudo creado por este dispositivo cuando el controlador está sobrecargado es alarmante y los propietarios lo percibieron como un problema. Los controladores de alta Q _{ms a} menudo se construyen con formadores no conductores hechos de papel o varios plásticos.

Q _es

Una medida sin unidades, que describe la amortiguación eléctrica del altavoz. A medida que la bobina de alambre se mueve a través del campo magnético, genera una corriente que se opone al movimiento de la bobina. Este llamado "Back-EMF" (proporcional a Bl × velocidad) disminuye la corriente total a través de la bobina cerca de la frecuencia de resonancia, reduciendo el movimiento del cono y aumentando la impedancia. En la mayoría de los controladores, Q _es el factor dominante en la amortiguación de la bobina móvil. Q _es depende de la impedancia de salida del amplificador. La fórmula anterior supone una impedancia de salida cero. Cuando se utiliza un amplificador con impedancia de salida distinta de cero, su impedancia de salida debe agregarse a R _e para los cálculos que involucren Q _es.

Licenciado en Derecho

Medido en metros de tesla (T · m). Técnicamente, esto es B × l o B × l  sen ( θ ) (un producto cruzado vectorial ), pero la geometría estándar de una bobina circular en un espacio de bobina móvil anular da sin ( θ ) = 1. B × l también se conoce como el 'factor de fuerza' porque la fuerza sobre la bobina impuesta por el imán es B × l multiplicada por la corriente a través de la bobina. Cuanto mayor sea el producto B × l , mayor será la fuerza generada por una determinada corriente que fluye a través de la bobina móvil. B ×l tiene un efecto muy fuerte sobre Q _es .

V _como

Medido en litros (L) o metros cúbicos, es una medida inversa de la 'rigidez' de la suspensión con el conductor montado al aire libre. Representa el volumen de aire que tiene la misma rigidez que la suspensión del conductor cuando actúa sobre un pistón de la misma área ( S _d ) que el cono. Los valores más altos significan una rigidez más baja y, por lo general, requieren recintos más grandes. V _as varía con el cuadrado del diámetro. Una tolerancia típica de fábrica para V _como especificación es de ± 20–30%.

M _ms

Medida en gramos (g) o kilogramos (kg), esta es la masa del cono, la bobina y otras partes móviles de un controlador, incluida la carga acústica impuesta por el aire en contacto con el cono del controlador. M _md es la masa del cono / bobina sin la carga acústica, y no se deben confundir los dos. Algún software de simulación calcula M _ms cuando se ingresa M _md . M _md puede ser controlado muy de cerca por el fabricante.

R _ms

Por lo general, no se dan las unidades para este parámetro, pero está en 'ohmios' mecánicos. R _ms es una medida de las pérdidas, o amortiguación, en el sistema de suspensión y movimiento del conductor. Es el factor principal para determinar Q _ms . R _ms está influenciado por la topología de la suspensión, los materiales y el material del formador de la bobina móvil ( bobina ).

C _ms

Medido en metros por newton (m / N). Describe el cumplimiento (es decir, la inversa de la rigidez) de la suspensión. Cuanto más compatible sea un sistema de suspensión, menor será su rigidez, por lo _que será mayor la V. C _ms es proporcional a V _as y, por lo tanto, tiene los mismos rangos de tolerancia.

R _e

Medida en ohmios (Ω), esta es la resistencia de CC (DCR) de la bobina móvil, que se mide mejor con el cono bloqueado o sin que se mueva o vibre porque, de lo contrario, la captación de sonidos ambientales puede hacer que la medición no sea confiable. R _e no debe confundirse con la impedancia nominal del controlador, R _e puede ser controlado estrictamente por el fabricante, mientras que los valores de impedancia nominal a menudo son aproximados en el mejor de los casos. El estándar americano EIA RS-299A especifica que R _e(o DCR) debe ser al menos el 80% de la impedancia nominal del controlador, por lo que un controlador nominal de 8 ohmios debe tener una resistencia de CC de al menos 6,4 ohmios, y una unidad de 4 ohmios debe medir 3,2 ohmios como mínimo. Este estándar es voluntario y muchos controladores de 8 ohmios tienen resistencias de ≈5,5 ohmios y son proporcionalmente más bajas para impedancias nominales más bajas.

L _e

Medida en milihenries (mH), esta es la inductancia de la bobina móvil. La bobina es un inductor con pérdidas, en parte debido a pérdidas en la pieza polar, por lo que la inductancia aparente cambia con la frecuencia. Los valores L _e grandes limitan la salida de alta frecuencia del controlador y provocan cambios de respuesta cerca del corte. El software de modelado simple a menudo descuida L _e, por lo que no incluye sus consecuencias. La inductancia varía con la excursión porque la bobina móvil se mueve en relación con la pieza polar, que actúa como un núcleo inductor deslizante, aumentando la inductancia en la carrera hacia adentro y disminuyéndola en la carrera hacia afuera en las configuraciones típicas de bobinas en voladizo. Esta modulación de inductancia es una fuente importante de no linealidad (distorsión) en los altavoces. Incluir una tapa de cobre en la pieza polar, o un anillo de cortocircuito de cobre en ella, puede reducir el aumento de impedancia observado a frecuencias más altas en controladores típicos y también reducir la no linealidad debido a la modulación de inductancia.

S _d

Medido en metros cuadrados (m ² ). El área proyectada efectiva del cono o diafragma. Es difícil de medir y depende en gran medida de la forma y las propiedades del entorno. Generalmente aceptado como el diámetro del cuerpo del cono más un tercio a la mitad del ancho del anillo (envolvente). Los drivers con bordes de rollo anchos pueden tener significativamente menos S _d que los tipos convencionales con el mismo diámetro de marco.

X _máx.

Especificado en milímetros (mm). En la forma más simple, reste la altura del devanado de la bobina móvil de la altura del espacio magnético, tome el valor absoluto y divídalo por 2. Esta técnica fue sugerida por Mark Gander de JBL en un artículo de 1981 AES , como un indicador de el rango lineal de un motor de altavoz. Aunque se determina fácilmente, ignora las no linealidades y asimetría magnéticas y mecánicas, que son sustanciales para algunos controladores. Posteriormente, se sugirió una medida combinada mecánica / acústica, en la que un controlador se conduce progresivamente a niveles altos a bajas frecuencias, con X _max determinado midiendo la excursión a un nivel donde el 10% de THDse mide en la salida. Este método representa mejor el rendimiento real del conductor, pero es más difícil y requiere más tiempo de determinar.

P _e

Especificado en vatios. Con frecuencia se dan dos clasificaciones de potencia, una clasificación "RMS" y una clasificación de "música" (o "pico", o "sistema"), normalmente el pico se da como ≈2 veces la clasificación RMS. Los altavoces tienen un comportamiento complejo y un solo número es realmente insatisfactorio. Hay dos aspectos del manejo de potencia, térmico y mecánico. La capacidad térmica está relacionada con la temperatura de la bobina y el punto donde los adhesivos y el aislamiento de la bobina se funden o cambian de forma. El límite mecánico entra en juego a bajas frecuencias, donde las excursiones son mayores, e implica la falla mecánica de algún componente. Un altavoz que puede manejar 200 vatios térmicamente a 200 Hz, a veces puede dañarse con solo unos pocos vatios a una frecuencia muy baja, como 10 Hz. Las especificaciones de manejo de energía generalmente se generan de manera destructiva,mediante señales de ruido estándar de la industria a largo plazo (IEC 268, por ejemplo) que filtran las frecuencias bajas y prueban solo la capacidad térmica del controlador. El manejo de potencia mecánica real depende en gran medida del gabinete en el que está instalado el controlador.

V _d

Especificado en litros (L). El volumen desplazado por el cono, igual al área del cono ( S _d ) multiplicado por X _máx . Se puede lograr un valor particular de varias formas. Por ejemplo, teniendo un cono pequeño con una X _max grande , o un cono grande con una X _max pequeña . La comparación de los valores de V _d dará una indicación de la salida máxima de un controlador a bajas frecuencias. Es probable que los controladores de diámetro de cono pequeño y X _máx. Alto sean ineficientes, ya que gran parte del devanado de la bobina móvil estará fuera del espacio magnético en cualquier momento y, por lo tanto, contribuirá poco o nada al movimiento del cono. Asimismo, gran diámetro de cono, pequeñoEs probable que los controladores X _max sean más eficientes, ya que no necesitarán, y por lo tanto, es posible que no tengan bobinas de voz largas.

η ₀ - Eficiencia de referencia

Especificado en porcentaje (%). Comparar los controladores por su eficiencia de referencia calculada suele ser más útil que utilizar la "sensibilidad", ya que las cifras de sensibilidad del fabricante suelen ser optimistas.

Sensibilidad

La presión sonora, en dB, producida por un altavoz en respuesta a un estímulo específico. Por lo general, esto se especifica a una entrada de 1 vatio o 2,83 voltios (2,83 voltios = 1 vatio en una carga de 8 ohmios) a una distancia de un metro.

Notas de medición: comportamiento de señales grandes

Se requiere cierta precaución al utilizar e interpretar los parámetros T / S. Es importante darse cuenta de que las unidades individuales pueden no coincidir con las especificaciones del fabricante. Los valores de los parámetros casi nunca se toman individualmente, pero en el mejor de los casos son promedios a lo largo de un ciclo de producción, debido a las inevitables variaciones de fabricación. Las características del controlador generalmente estarán dentro de un rango de tolerancia (a veces especificado). C _ms es el parámetro menos controlable, pero las variaciones típicas en C _ms no tienen grandes efectos en la respuesta final. ^[20]

También es importante comprender que la mayoría de los parámetros T / S son valores de señal pequeña linealizados. Un análisis basado en ellos es una vista idealizada del comportamiento del controlador, ya que los valores reales de estos parámetros varían en todos los controladores según el nivel de manejo, la temperatura de la bobina móvil, durante la vida útil del controlador, etc. C _ms disminuye cuanto más se mueve la bobina del reposo. Bl es generalmente máximo en reposo y cae cuando la bobina móvil se acerca a X _max . R e aumenta a medida que la bobina se calienta y el valor normalmente se duplicará en 270 ° C (exactamente 266 ° C para Cu y 254 ° C para Al), momento en el que muchas bobinas móviles se aproximan (o ya han alcanzado) una falla térmica.

Por ejemplo, F _s y V _as pueden variar considerablemente con el nivel de entrada, debido a cambios no lineales en C _ms . Un controlador típico de rango completo de 110 mm de diámetro con una F _s de 95 Hz a un nivel de señal de 0,5 V, podría caer a 64 Hz cuando se alimenta con una entrada de 5 V. Un controlador con una V _medida de 7 L a 0,5 V, puede mostrar un V _como aumento a 13 L cuando se prueba a 4 V. Q _ms suele ser estable dentro de un pequeño porcentaje, independientemente del nivel de la unidad. Q _es y Q _ts disminuyen <13% a medida que el nivel del variador aumenta de 0,5 V a 4 V, debido a los cambios enBl . Debido a que V _as puede aumentar significativamente y F _s puede disminuir considerablemente, con un cambio trivial en los M _ms medidos , el valor de sensibilidad calculado ( η ₀) puede parecer que cae> 30% a medida que el nivel cambia de 0,5 V a 4 V. Por supuesto, la sensibilidad real del conductor no ha cambiado en absoluto, pero la sensibilidad calculada es correcta solo bajo algunas condiciones específicas. A partir de este ejemplo, se ve que las medidas preferidas al diseñar un gabinete o sistema son aquellas que probablemente representen las condiciones operativas típicas. Desafortunadamente, este nivel debe ser arbitrario, ya que las condiciones de funcionamiento cambian continuamente al reproducir música. Las no linealidades dependientes del nivel suelen provocar una salida inferior a la prevista o pequeñas variaciones en la respuesta de frecuencia.

Los cambios de nivel causados ​​por el calentamiento resistivo de la bobina móvil se denominan compresión de potencia . Las técnicas de diseño que reducen las no linealidades también pueden reducir la compresión de potencia y posiblemente las distorsiones no causadas por la compresión de potencia. Ha habido varios diseños comerciales que han incluido arreglos de enfriamiento para las estructuras magnéticas del controlador, que están destinados a mitigar el aumento de temperatura de la bobina móvil y el aumento de la resistencia que es la causa de la compresión de potencia. Se han utilizado elegantes diseños de imanes y bobinas para linealizar Bl y reducir el valor y la modulación de L _e . Las arañas grandes y lineales pueden aumentar el rango lineal de C _ms , pero los valores grandes de señal de Bl yC _ms debe estar equilibrado para evitar el desplazamiento dinámico.

Cambios de por vida en el comportamiento del conductor

Los componentes mecánicos de los controladores de altavoces típicos pueden cambiar con el tiempo. El papel, un material popular en la fabricación de conos, absorbe la humedad fácilmente y, a menos que se trate, puede perder algo de rigidez estructural con el tiempo. Esto puede reducirse revistiendo con material impregnable en agua, como varias resinas plásticas. Las grietas comprometen la rigidez estructural y, si son lo suficientemente grandes, generalmente no se pueden reparar. La temperatura tiene un efecto fuerte, generalmente reversible; los materiales de suspensión típicos se vuelven más rígidos a temperaturas más bajas. La suspensión experimenta fatiga y también sufre cambios por los efectos químicos y ambientales asociados con el envejecimiento , como la exposición a la luz ultravioleta y la oxidación.que afectan gravemente a los componentes de la espuma y el caucho natural, aunque el butilo, el nitrilo, el caucho SBR y las aleaciones de caucho y plástico (como el Santopreno ) son más estables. El tipo de poliéster de espuma de poliuretano es muy propenso a desintegrarse después de 10 a 15 años. Los cambios en el comportamiento debido al envejecimiento a menudo pueden ser positivos, aunque dado que el entorno en el que se utilizan es un factor importante, los efectos no se pueden predecir fácilmente. Gilbert Briggs, fundador de Wharfedale Loudspeakers en el Reino Unido, realizó varios estudios sobre los efectos del envejecimiento en los controladores de los altavoces en las décadas de 1950 y 1960, y publicó algunos de los datos en sus libros, en particular Loudspeakers: The Why and How of Good Reproduction . ^[21]

También hay cambios mecánicos que ocurren en los componentes móviles durante el uso. ^{[22] [23]}En este caso, sin embargo, la mayoría de los cambios parecen ocurrir al principio de la vida del controlador y casi con certeza se deben a la relajación en la flexión de las partes mecánicas del controlador (por ejemplo, envolvente, araña, etc.). Se han publicado varios estudios que documentan cambios sustanciales en los parámetros T / S durante las primeras horas de uso, algunos parámetros cambian hasta en un 15% o más durante estos períodos iniciales. El propietario de la empresa GR Research ha informado públicamente sobre varias investigaciones de este tipo sobre los controladores de varios fabricantes. Otros estudios sugieren pocos cambios o cambios reversibles después de solo los primeros minutos. Esta variabilidad está relacionada en gran medida con las características particulares de materiales específicos, y los fabricantes de renombre intentan tenerlos en cuenta.Si bien hay una gran cantidad de informes anecdóticos sobre los efectos audibles de tales cambios en las reseñas de oradores publicadas, la relación de esos primeros cambios con los informes subjetivos de calidad del sonido no está completamente clara. Algunos cambios tempranos en la vida del conductor son complementarios (como una reducción enF _s acompañado de un aumento en V _como ) y resultado en los cambios netos mínimos (pequeñas fracciones de un dB) en respuesta de frecuencia. Si el rendimiento del sistema de altavoces es crítico, como ocurre con los sistemas de alto orden (complejos) o muy ecualizados, es sensato medir los parámetros T / S después de un período de ejecución (algunas horas, por lo general, utilizando material de programa) y Modelar los efectos de los cambios de parámetros normales en el rendimiento del conductor.

Técnicas de medición

Existen numerosos métodos para medir los parámetros T / S, pero los más simples utilizan la impedancia de entrada del controlador, medida cerca de la resonancia. La impedancia puede medirse en aire libre (con el controlador sin alojamiento y sujeto a un dispositivo o colgando de un cable, o en ocasiones descansando sobre el imán en una superficie) y / o en deflectores de prueba, cajas selladas o ventiladas o con cantidades variables. de masa añadida al diafragma. El ruido en el entorno de medición puede tener un efecto en la medición, por lo que se deben medir los parámetros en un entorno acústico silencioso.

El método más común ( apto para el bricolaje ) antes del advenimiento de las técnicas de medición controladas por computadora es el método clásico de corriente constante de aire libre, descrito por Thiele en 1961. Este método utiliza una gran resistencia (p. Ej., _Prueba R = 500 a 1000 ohmios ) en serie con el controlador y un generador de señales se utiliza para variar la frecuencia de excitación. El voltaje en los terminales del altavoz se mide y se considera proporcional a la impedancia. Se supone que las variaciones en la impedancia del altavoz tendrán poco efecto sobre la corriente a través del altavoz. Esta es una aproximación, y el método da como resultado errores de medición Q para controladores con un Z _máx alto : el valor medido deZ _max siempre será algo bajo. Esta medición se puede corregir midiendo el voltaje total a través de la resistencia de calibración y el controlador (llame a esto V ) en resonancia y calculando la corriente de prueba real I = V / ( _prueba R + Z _máx .). A continuación, puede obtener un Z _max = Z _{max (sin corregir)} × R _test / I _corregido .

Un segundo método es la medición de voltaje constante, donde el controlador es excitado por un voltaje constante y se mide la corriente que pasa a través de la bobina. El voltaje de excitación dividido por la corriente medida es igual a la impedancia.

Una fuente común de error al utilizar estos dos primeros métodos es el uso de medidores de CA económicos. La mayoría de los medidores económicos están diseñados para medir frecuencias eléctricas residenciales (50–60 Hz) y son cada vez más imprecisos en otras frecuencias (por ejemplo, por debajo de 40 Hz o por encima de algunos cientos de hercios). Además, las señales de onda distorsionadas o no sinusoidales pueden causar imprecisiones en la medición. Los voltímetros económicos tampoco son muy exactos o precisos en la medición de la corriente y pueden introducir una resistencia en serie apreciable, lo que provoca errores de medición.

Un tercer método es una respuesta a las deficiencias de los dos primeros métodos. Utiliza una resistencia en serie más pequeña (por ejemplo, 10 ohmios) y se toman medidas del voltaje a través del controlador, el generador de señal y / o la resistencia en serie para las frecuencias alrededor de la resonancia. Aunque son tediosos y no se utilizan a menudo en mediciones manuales, existen cálculos simples que permiten determinar la magnitud y la fase de la impedancia real. Este es el método utilizado por muchos sistemas de medición de altavoces de computadora. Cuando este método se usa manualmente, el resultado de tomar las tres medidas es que sus relaciones son más importantes que su valor real, eliminando el efecto de una respuesta de frecuencia deficiente del medidor.

Ver también

• Características eléctricas de un altavoz dinámico
• Ingeniería acústica

Referencias

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Enlaces externos

• Medición de parámetros de elementos de altavoz
• Graves rápidos, bajos lentos: mito contra realidad
• Comprensión de la compresión de potencia
• Circuitos analógicos acústicos: el método detrás de las fórmulas
• La base de datos de altavoces Thiele-Small