Навигация по сайту

Фактор ускорения - ускоряемся вовсю

В книге "Любительские громкоговорители - 2" С.Д. Бать описывает параметр динамика, называемый фактор ускорения, равный отношению силового фактора динамика к массе его подвижной системы:

Эта величина показывает ускорение диффузора на единицу тока звуковой катушки. Казалось бы - классная вещь: это ведь ускорение, то есть быстродействие динамика! Пользуйся вовсю! Но почему-то колонкостроители не спешат использовать этот параметр. То ли он не так уж и нужен, то ли каждый сделал его своим "ноу-хау", поэтому и помалкивают.

Я подумал: какой же смысл может быть в факторе ускорения? На первый взгляд это то же самое, что и отдача (КПД) динамика: ведь звуковое давление, это как раз ускорение диффузора. Поэтому динамик с низким фактором ускорения ("медленный") будет также шустро работать, как и "быстрый", если на него подать большой ток, так как ускорение пропорционально еще и току:

Подаешь ток побольше и получаешь большое ускорение. Проблема в том, что далеко не каждый динамик выдержит ток в 1000 ампер, необходимый, чтобы его как следует раскачать! На самом деле ток динамика ограничен некоторым максимумом, так что наращивать ускорение, повышая ток, получится только до некоторого предела.

Поэтому у меня возникло такое подозрение: а сможет ли динамик работать на пределе своего рабочего хода (ведь при этом и ускорение требуется максимальное) при допустимом токе? Хватит ли для этого приложенной силы и ускорения? Не получится ли так, что "медленный" динамик будет просто не в состоянии раскачаться с максимальной амплитудой?

Вопрос ставится так: для движения диффузора с максимальным ходом, равным Хmax, на определенной частоте (т.е. с некоторой скоростью) требуется определенное ускорение. Так вот, не получится ли, что "медленные" динамики с маленьким значением фактора ускорения даже при своем максимальном токе не смогут обеспечить это максимальное смещение диффузора? Максимальный ход - это значит максимальная неискаженная громкость звучания.

Для этого я должен сравнить два ускорения: ускорение, которое создает приложенная к звуковой катушке электромагнитная сила (движущее ускорение), и ускорение, которое требуется для движения диффузора с определенной частотой и ходом, равным Xmax (ускорение движения). Первая величина вычисляется по формуле:

Второе ускорение - это вторая производная от координаты по времени:

Для упрощения считаем, что координата изменяется синусоидально (а так и есть, только этих синусоид подается на динамик одновременно очень много, но это ничего не меняет):

Тогда ускорение движения - это максимальное значение, равное:

И в результате приравниваем эти величины:

Теперь настал самый тонкий момент: как определить максимальный ток? Я так считаю, что это должен быть вообще максимально допустимый ток через динамик. Причем ток кратковременный - ведь музыкальный сигнал импульсный, максимальные значения достигаются на короткие моменты времени. Поэтому максимальный ток найдем из кратковременной максимальной мощности:


Ну и собираем это все до кучи. Только один важный момент: ускорение диффузора зависит от частоты его колебаний. Вот давайте из формулы равенства ускорений выразим именно частоту: так будет легче анализировать и делать выводы. Итак, исходная формула и найденная оттуда максимальная частота, на которой обеспечивается максимальный линейный ход диффузора при максимальном токе динамика:

Ну а теперь посмотрим, что у нас получится. Возьмем из таблицы в названной выше книге две головки, одну с максимальным (почти максимальным) фактором ускорения, а другую - с минимальным и оценим, на каких максимальных частотах обеспечивается максимальный ход. Удачно, что динамики имеют примерно одинаковые остальные параметры, что делает их сравнение более корректным.

 

Динамик Фактор ускорения Xmax, мм Re, Ом

Рmax, Вт

SEAS H548 P17RCY/P
700
3
5,7
250
Scan Speak 18W-8535
362
5
5,8
250

 

При неизменной движущей силе, а значит и движущем ускорении, получается, что с ростом частоты максимальное смещение диффузора уменьшается пропорционально квадрату частоты. При этом звуковое давление (громкость) остается неизменным (ведь оно пропорционально ускорению). Кроме того, при работе динамиков в колонках максимальный ход диффузора приходится на довольно низкие частоты. Так что если фактор ускорения обеспечивает максимальный ход диффузора на более высокой частоте, чем это происходит в колонках, то быстродействия динамика хватит наверняка.

Максимальные частоты, на которых обеспечивается максимальный линейный ход:

 

Динамик Частота максимального хода, Гц
SEAS H1217
198
Scan Speak 18W-8535
110

 

Это довольно высокие частоты (на более низких максимальный ход при том же ускорении еще больше), реально при работе в колонках максимальный ход достигается на частотах 40…60 Гц.
На более высоких частотах (поскольку ускорение неизменно) ход диффузора уменьшается пропорционально квадрату частоты, но это нормально - именно так и происходит при повышении частоты и неизменном звуковом давлении. Т.е. максимальная громкость обеспечивается и на остальных частотах.

Давайте рассмотрим несколько других динамиков:

 

Динамик Фактор ускорения
Резонансная частота, Гц
Частота максимального хода, Гц
Perless 850122
390
38
93
Seas W18NX001 E0042
511
40
108
Perless 830500
106
18
37
Visaton AL170
533
38
97
Scan Speak 21W/8555
258
19
66
Visaton TI 100
1200
62
155
Scan Speak Illuminator 18WU/4741T00
316
30
84

 

Итак, можно сделать следующие выводы:

Есть правда еще один момент.

Величина фактора ускорения - это еще и величина демпфирования. У динамика с меньшим фактором и демпфирование меньше. Не будет ли при это больше негармонических призвуков с резонансными частотами диффузора (основной резонанс и зонные)? Если динамик работает от ИТУНа, или просто от усилителя с повышенным выходным сопротивлением, то у него тоже демпфирование снижается. Но это не тот случай - при высоком выходном сопротивлении усилителя кроме снижения демпфирования (возможно, что это негативный процесс) уменьшаются искажения, вызванные нелинейностью индуктивности звуковой катушки (это наверняка положительное свойство). В результате положительный эффект перекрывает отрицательный, и звучание в целом улучшается. А вот что будет, если просто уменьшить демпфирование - я пока сказать не могу...

 

20.02.2010

Счетчик