Spiegazione delle custodie per subwoofer a sospensione acustica

Custodia, scatola o cabinet:qualunque cosa tu voglia chiamarli, dove installi il tuo altoparlante o subwoofer è di fondamentale importanza per il loro prestazione risultante. In questo articolo, ci concentriamo sulla più semplice e clemente delle custodie da progettare e costruire:la sospensione acustica o la custodia sigillata.

Le leggi della fisica

Ci sono alcune caratteristiche da tenere a mente su ogni oratore. Il primo è che al diminuire della frequenza, l'escursione del cono aumenta. Infatti, per produrre la stessa uscita acustica, un altoparlante deve spostarsi quattro volte più lontano per ogni dimezzamento della frequenza. Ad esempio, se il subwoofer si muovesse di 1 mm a 80 Hz, dovrebbe spostarsi di 4 mm per produrre la stessa uscita a 40 Hz. Per produrre la stessa uscita a 20 Hz, dovrebbe spostarsi di 16 mm.

Un altoparlante include un elemento chiamato ragno. Il ragno immagazzina energia quando la bobina mobile di un altoparlante sposta il cono in avanti o indietro dalla sua posizione di riposo. Quando il cono raggiunge la fine del suo viaggio e si ferma, l'energia potenziale immagazzinata nel ragno vuole essere rilasciata. Questa energia immagazzinata tira il cono nella direzione opposta. Ogni trasferimento di energia include alcune perdite e, alla fine, il cono si ferma.

Pensa al movimento del cono come un'altalena al parco. Esercitate una forza sull'oscillazione per avviarla, e continua a oscillare avanti e indietro con un'ampiezza decrescente fino a quando non si ferma. Per fortuna, un altoparlante smette di muoversi molto più velocemente dell'altalena al parco.

In un altoparlante, questo trasferimento di energia dal cono al ragno e viceversa è più efficiente a una frequenza specifica. La chiamiamo frequenza di risonanza dell'altoparlante. Alla frequenza di risonanza, c'è un drammatico aumento dell'impedenza perché il ragno immagazzina una grande quantità di energia. Questo accumulo di energia fa sì che il cono voglia continuare a muoversi. Il movimento della bobina mobile che si muove attraverso il campo magnetico genera una tensione. Questa tensione genera un flusso di corrente nella direzione opposta alla corrente che scorre dall'amplificatore. Rappresentiamo questa opposizione al flusso di corrente come un aumento dell'impedenza.

Dobbiamo anche considerare che ogni altoparlante è limitato in quanto lontano può spostarsi il cono. Una volta superati i limiti di escursione dell'altoparlante, accadono cose brutte. Il primo voice coil può colpire la piastra posteriore. I componenti della sospensione potrebbero essere compromessi e iniziare a guastarsi. Come sottoprodotto della geometria del cono, del cappuccio antipolvere, della cornice, del ragno e del motore, anche la distorsione armonica aumenta all'aumentare dell'escursione.

Il nostro obiettivo nella progettazione di qualsiasi sistema audio dovrebbe essere quello di mantenere la distorsione il più bassa possibile. La maggior parte della distorsione alle basse frequenze è la risonanza. Queste risonanze diminuiscono man mano che ci spostiamo al di sopra della frequenza di risonanza dell'altoparlante. Il ragno e la forza del motore che cambia, quando la bobina si sposta oltre il bordo dello spazio vuoto, sono i maggiori contributori alla distorsione.

Perché abbiamo bisogno di un recinto?

Consideriamo alcune caratteristiche aggiuntive. Il roll-off delle basse frequenze di un altoparlante è un filtro passa-alto. Il ragno nell'altoparlante è come un condensatore:una molla immagazzina energia e così fa un condensatore. Anche l'aria all'interno della scatola è una molla, ed è parallela al ragno. La molla pneumatica e il ragno lavorano insieme allo stesso tempo per fare la stessa cosa. La combinazione della molla pneumatica e dello spider aumenta la frequenza del filtro passa-alto. Sì:contrariamente ai nostri sforzi per produrre quante più informazioni possibili a bassa frequenza, un contenitore limita la riproduzione a bassa frequenza.

Se è così, perché vogliamo limitare il movimento del cono? Considera quanto abbiamo detto su quanta escursione è necessaria per riprodurre le basse frequenze e sulla distorsione. Limitare l'uscita delle basse frequenze dal nostro altoparlante non è un obiettivo ideale, ma vale la pena limitare alcune delle frequenze veramente basse per ottenere la giusta quantità di bassi alle frequenze più alte.

C'è un vantaggio nell'aumentare la frequenza di risonanza dell'altoparlante e del sistema di custodia. Diciamo che abbiamo un subwoofer con un Q di 0,5 e il nostro obiettivo è avere un Q totale del sistema di 0,707. Scegliamo un volume d'aria dell'armadio che aumenta la Q, che quindi aumenta l'uscita del sistema alla nuova frequenza di risonanza. Sì, sacrifichiamo l'uscita alle frequenze più basse, ma guadagniamo l'uscita attorno alla nuova frequenza di risonanza del sistema.

Voglio più bassi!

I moderni design degli altoparlanti continuano a ridurre la distorsione attraverso la simulazione al computer e la modellazione del comportamento dei materiali. I progettisti di altoparlanti qualificati e adeguatamente attrezzati possono simulare il comportamento di ragno, cono e surround per analizzare i comportamenti di risonanza e distorsione individuali. Possono anche modellare l'interazione tra la bobina mobile e la struttura del motore per prevedere i cambiamenti nell'intensità del campo magnetico e nell'induttanza che possono influenzare ulteriormente il suono di un altoparlante a livelli di escursione da moderati ad alti.

Questi progressi hanno portato a altoparlanti che producono meno distorsione a livelli di escursione più elevati. Questo miglioramento delle prestazioni consente ai progettisti di custodie di costruire sistemi di altoparlanti che suoneranno a un volume più basso e più forte.

Alcuni principi di base regolano la riproduzione del suono a bassa frequenza. L'area del cono è critica. Un vecchio articolo pubblicato dalla Audio Engineering Society intitolato "The Problem with Low-Frequency Reproduction", di Saul J. White, includeva un grafico che confrontava l'escursione del cono rispetto alla frequenza rispetto all'uscita del sistema per un altoparlante da 12 e 15 pollici. Nel grafico, mostra che un cono del driver da 15 pollici deve muoversi solo la metà di un driver da 12 pollici per produrre lo stesso output.

Per produrre il suono, abbiamo bisogno di spostare l'aria. Lo spostamento è calcolato dal prodotto dell'area del cono dell'altoparlante per la distanza che il cono può percorrere. In altre parole, annoiare volte accarezzare. A parità di cilindrata, più alesaggio richiede meno corsa.

Qual è la battuta finale? Se lo vuoi più forte, acquista più altoparlanti o subwoofer.

Comportamento del conducente in un recinto

L'aumento del sistema Q causato dall'aggiunta di rigidità dell'aria nell'armadio può causare distorsioni se il Q viene aumentato eccessivamente. Questo aumento di Q va contro il nostro desiderio di un sistema a bassa distorsione. Rendere la custodia troppo piccola aumenta troppo la Q e ci ritroviamo con un sistema che produce una grande quantità di uscita in una gamma di frequenze ristretta. Questi contenitori sottodimensionati sono spesso indicati come "meraviglie da una nota".

Cosa causa questo comportamento? La qualità di una nota è il risultato dell'aumento dell'accumulo e del trasferimento di energia nel sistema risonante. Il basso va e viene, come il nostro swing al parco.

Gestione dell'energia

In una custodia a sospensione acustica, l'escursione del cono aumenta al diminuire della frequenza. Questo aumento dell'escursione continua fino alla frequenza alla quale la forza dello spider e della scatola supera la forza del motore. A quel punto il livello dell'escursione è limitato e non vedremo l'aumento dell'escursione. Il risultato:proteggiamo l'altoparlante dai danni fisici dovuti all'escursione del cono oltre le caratteristiche di progettazione dell'altoparlante.

Prevedere i limiti dell'escursione del cono rispetto alla frequenza e alla potenza è relativamente semplice per un involucro sigillato. Il volume dell'involucro è inversamente proporzionale alla quantità di potenza che l'altoparlante può gestire quando percepita dal punto di vista dell'escursione. Una piccola custodia limita molto l'escursione del cono a frequenze molto basse, ma il sistema non produce molti bassi profondi. Un ampio involucro consente all'altoparlante di spostarsi ulteriormente e produrre una maggiore uscita a bassa frequenza, ma non possiamo pilotare l'altoparlante con la stessa potenza per paura di danneggiarlo.

Quando aumentiamo il volume della cassa del subwoofer, l'aria all'interno ha meno "effetto molla" sul movimento del subwoofer. Questo grafico mostra l'aumento dell'escursione del conducente all'aumentare del volume d'aria in quattro diverse cabine.

Panoramica della sospensione acustica

Una custodia per altoparlanti a sospensione acustica riduce l'uscita dei bassi a una velocità di -12 dB per ottava al di sotto della frequenza di risonanza. Quando si combina questo roll-off con il guadagno in cabina associato alla maggior parte dei veicoli, è possibile ottenere un'estensione a bassa frequenza eccellente e lineare anche nella regione infrasonica. Gli involucri a sospensione acustica sono facili da calcolare e da costruire. Perdonano molto i piccoli errori nel calcolo del volume.

Infine, vale la pena ricordare che le custodie a sospensione acustica non sono le custodie con la distorsione più bassa disponibili.

Quando arriva il momento di progettare una custodia per subwoofer per la tua auto o camion, visita il tuo rivenditore di elettronica mobile locale e discuti le tue esigenze. Possono aiutarti a scegliere un subwoofer e un design della custodia che ti diano una solida base su cui costruire il tuo sistema audio.