Lukket kabinet
Det lukkede kabinet også kaldet trykkammer er det mest simple at designe med hensyn til at få et forventet resultat. Jeg vil forsøge mig i denne artikel at give et indblik i det lukkede kabinet, på et niveau så du kan designe din egen højttaler, og få et forventet resultat.
Q værdier
Q værdier er hjørne stenen i at designe en trykkammer højttaler, det er en værdi der viser hvor meget vibrationerne ved resonans frekvensen bliver forstærket eller efter vibrere om man vil. Det vil sige jo lavere Q værdien er jo mindre vibrationer er der, og derfor kan man sige at det er mere dæmpet. Et godt eksempel på en ekstrem Q værdi er en stemmegaffel, som har en Q værdi på ca 1000, og derfor bliver den ved med at ringe efter at havde blevet anslået.
Lad os først tage vores højttaler enhed (driver), den værdi vi er interesseret i hedder Qts, som er en sum af 2 værdier. Qms som er en mekanisk Q værdi, og Qes som er en elektrisk Q værdi. Qms er bestemt af ophænget der forbinder membranen til chassiset og det gule ophæng som er bag membranen som man kalder spideren. Jo strammere disse ophæng er i forhold til vægten af membranen og svingspolen, som er hoveddelene af den bevægelige masse (MMS) jo lavere vil Qms være. Du skal ikke blive bange for en højttaler enhed der har en høj værdi på måske 7 eller 8, den kan sagtens spille fantastisk godt. Grunden til at den sagtens kan spille godt er at Qes dominere din Qts og dermed slut resultatet. Qes er altså den elektriske Q værdi, som indikere magnetens og svingspolens evne til at få højttaler enheden tilbage i hvile position. Qts er altid mindre end den mindste værdi af Qms og Qes, på samme måde som 2 modstande parallelt i elektroteknik.
Det vil sige at du kan beregne Qts fra Qms og Qes på følgende måde:
1/(Qts )= 1/Qms+1/Qes eksempel med en Qms på 5,25 og en Qes på 0,45 1/5,25+ 1/0,45= 1/2,41=0,41
Dermed en resulterende Qts lavere end den laveste af de 2 Q værdier, og derfor dominere Qes meget. Generelt kan man sige at forstærkerens evne til at styre med sin dæmpningsfaktor, bliver presset lidt hårdere hvis Qms er specielt høj (over 4), men klare forstærkeren det med glans er det forhold også kendt for at give god dynamik, da den høje Qms også indikere en lav mekanisk modstand i højttalerens bevægelse.
Kabinettets indvirkning
Lad mig lige bringe kabinettet ind i kampen, dens volume af luft virker som en fjeder over for membranen på højttalerenheden, og dermed ændre Q værdien. Jo voldsommer du strammer fjederen ved at lave kabinettet mindre, jo mere vil højttaler enheden vibrere efter et signal fra forstærkeren. Dermed giver det mere kraft, men mindre kontrol. Modsat øges kabinettets størrelse vil du give mere og mere plads til at lade højttaler enheden være i fred og den kan frit spille. Denne effekt givet fra kabinettet kaldes Qtc, og denne Q værdi er det færdige resultat at højttaleren spiller. Qtc kan aldrig blive lavere end Qts som jo er enhedens Q værdi, så ønsker du et stærkt dæmpet system er du nød til at starte med en højttaler enhed med relativt lav Qts.
Dette forhold imellem Qtc og Qts kan beregnes for at give din færdige højttaler et ønsket resultat. Denne værdi kaldes Alpha og vi bruger det græske tegn α, beregningen ser således ud:
α=(Qtc/Qts) x^2-1
Et eksempel på brugen, kunne være at vi har en basenhed med Qts på 0,41 og ønsker Qtc skal være 0,7.
(0,7/0,41) x^2-1=1,9
Udfra α kan du også give dit system en etiket, om hvorvidt det er infinite baffle eller air suspension, som er de 2 typer lukket kabinetter der er. Delene med en α værdi på 3, er værdierne nedefter imod 1 betegnet som infinite baffle og fra 3 og opad imod 10 er air suspension.
Denne værdi kan du nu dividere op i VAS, som er et Thiele-small parameter som du kan finde i dit data blad for basenheden. Denne værdi viser i liter hvor stor en mængde luft der skal til for at havde samme fjeder evne som basenheden rent mekanisk. Så jo blødere ophænget og er jo større membranen er, des større er VAS.
Ganske simpelt kan du nu tage VAS og dividere med α, og finde Vb som er kabinettets volume.
Vb= VAS/α lad os tage en enhed på 204 liter VAS og bruge vores tidligere beregnet α på 1,9.
204/1,9=107,36 liter Vb
Hvordan vælger man Qtc?
Her kan man let falde i med at tro at, jo lavere jo bedre, men det er ikke tilfældet, og det er det der gør det hele sjovt. Generelt er super kompromis som de fleste vælger en Qtc på 0,707 som også kaldes en Butterworth afstemning. Dette punkt er hvor du vil opnå den laveste F3, med andre ord den laveste bas og god kontrol. Bevæger du dig ned efter i Qtc strammer du mere op på lyden, men du vil også miste noget bas, og det gør du ved at øge kabinet størrelsen. Grunden til at gøre det kunne være at det er forbindelse med øvre bas eller decideret mellemtone. Denne opstramning kan vises på det der hedder en step respons, som er et signal der bliver afspillet også optages hvordan basenheden reagerede over for dette hurtige signal. Nedenfor kan du se eksempler på step respons ved forskellige Qtc værdier.
Læg mærke til den flotte step respons ved en Qtc på 0,5 i det første billede oppe i venstre hjørne, her er blot et lille eftersving, som du kan se bliver større og vildere jo højere Qtc bliver.
Det man her skal havde i tankerne er at, alt hvad det bevæger sig omkring nul punktet er lyd som du får for den samme step respons, det vil sige at der er mere energi/lydtryk når du designer en højtaler med højere Qtc, men du bytter præcisionen for at få det lydtryk.
Derfor er en diskoteks højtaler tit designet med Qtc på 1,0 til 2,0, og specielt billige subwoofere vil havde en Qtc på helt op til 3,0
Frekvenskurverne vist nedenfor her viser et eksempel på hvad der sker omkring resonans frekvensen, ved de forskellige Qtc værdier. Dette er ikke generelt, og svinger meget fra en basenheds model til en anden, men kurven viser bare forskellen på forskellige Qtc værdier med den samme basenhed. Som nævnt tidligere har Butterworth 0,707 som er den sorte stiplede linje som ved 87dB stregen faktisk har mest lyd ud af dem alle, og den har en dejlig flad af rulning der til, og dermed ikke et under at det er den mest brugte Qtc til Hifi.
Som du kan se yderlige i frekvenskurverne ovenfor, er et voksende peak i frekvenskurven jo højere Qtc er. Ved en Qtc på 1,5 er gengivelse omkring 100Hz på helt oppe på 94dB imod vores favorit Butterworth med den fra basenheden givne 90dB i følsomhed. Dette princip bliver hyppigt brugt i billige subwoofere hvor man virkelig giver det en skrue og sætter Qtc op på 2,0 eller højere, resulterende i hvad der er kendt som en one note bass, og som navnet indikere lyder bassen som om den bare spiller en tone af bas men til gengæld voldsomt og ukontrolleret.
Qtc værdierne over 1,0 kaldes for et Chebychev alignment, og betegnes som underdæmpet (Ripple response), imod værdierne under 0,6 som betegnes som overdæmpet (critical damped). Populært alignment for overdæmpning er Bessel med en Qtc på 0,57.
Mange af de højtalere der var fede at høre på i 70erne og starten af 80erne havde en Qtc på 1,0 til 1,2 hvor mange Hi-fi højtalere i dag som mange finder kedelige at høre på har en Qtc på 0,6 til 0,8.
Tilmeld dig vores nyheds mail hvis du vil have lignende artikler i din indbakke
Relaterede artikler:
SpeakerCalc – gratis højtalerberegningsprogram
Valg af kabinet, lukket eller basrefleks
Højttaler enheder – se vores udvalg af højttaler enheder
