MISURE

Le vibrazioni parassite dei diffusori possono trasmettersi direttamente alle superfici della stanza attraverso il contatto con il pavimento. Questo fa sì che le superfici della stanza irradino simpaticamente queste vibrazioni come rumore udibile, che può influenzare l’esperienza di ascolto della musica. Il problema è ulteriormente aggravato dalla grande superficie della stanza, che irradia il suono con un’elevata efficienza. Le vibrazioni a bassa frequenza sono le peggiori a causa della loro capacità di attraversare la struttura della stanza con poca impedenza.

 

Anche con un isolamento di base delle vibrazioni, questi effetti degradanti delle vibrazioni trasmesse dalla struttura possono essere mitigati. Il posizionamento di piedini audio antivibranti sotto i diffusori riduce il tempo di riverberazione, gli artefatti di decadimento delle vibrazioni e la distorsione ad alcune frequenze[1]. Effetti positivi simili si hanno isolando l’elettronica audio dalle vibrazioni. L’entità di questi benefici può variare notevolmente tra i design dei piedini audio.

Misurare l’isolamento dalle vibrazioni

Abbiamo cercato di misurare le prestazioni di isolamento dalle vibrazioni di diversi modelli di piedini audio popolari. Abbiamo poi misurato i nostri Carbide Base piedini con gli stessi criteri di confronto. L’isolamento dalle vibrazioni è stato misurato per ciascun piedistallo audio in direzione orizzontale e verticale. Per generare le vibrazioni sono state utilizzate tre diverse fonti di vibrazione: una tavola vibrante elettromagnetica, un subwoofer e un altoparlante a 2 vie. In ogni esperimento, quattro piedini audio sono stati posizionati sopra la sorgente di vibrazione e poi una piastra di alluminio è stata posizionata sopra i piedini audio. I pesi sono stati avvitati alla piastra di alluminio per simulare la massa di un altoparlante o di un’apparecchiatura audio con una massa totale di circa 32 kg (70 libbre). I sensori accelerometrici piezoelettrici ACH-01 di Measurement Specialties sono stati poi fissati alla piastra con nastro biadesivo per misurare l’accelerazione nelle direzioni orizzontale e verticale. I sensori accelerometrici vengono a loro volta alimentati da amplificatori calibrati per i rispettivi sensori.

Tavolo di vibrazione elettromagnetica

Per ottenere la prima serie di misurazioni è stato utilizzato un tavolo vibrante elettromagnetico. Il tavolo è stato controllato digitalmente per modulare con precisione l’ampiezza e la frequenza di vibrazione della superficie del tavolo. Per determinare l’ampiezza di vibrazione del tavolo, un sensore accelerometro è stato collegato al tavolo e poi è stato utilizzato un multimetro per misurare l’uscita dell’amplificatore del sensore. Lo stesso è stato fatto con un secondo sensore accelerometrico collegato alla piastra di alluminio. Le misurazioni sono state effettuate dal sensore a piastra in intervalli di 5 Hz da 10 Hz a 200 Hz. La tavola vibrante è stata regolata ad ogni intervallo per garantire che la tavola vibrasse con un’accelerazione di 2,5 m/s2. Le misurazioni sono state condotte prima con i sensori attaccati ai bordi rivolti in avanti della superficie del tavolo e del piatto per misurare le vibrazioni orizzontali. Le misurazioni sono state poi ripetute con i sensori attaccati ai piani del tavolo e del piatto per misurare le vibrazioni verticali. Queste misurazioni si sono concentrate sulla regione delle basse frequenze, per determinare le prestazioni di isolamento dalle vibrazioni intorno alla frequenza di risonanza di ogni pedana audio.

 

Il vantaggio di questo esperimento era che il tavolo offriva vibrazioni coerenti per tutte le misurazioni. Questo ha permesso di identificare chiaramente le risonanze nei footer audio. Lo svantaggio di questo esperimento era la risoluzione limitata a causa delle misurazioni distanziate. Questo esperimento, inoltre, non ha offerto alcuna comprensione del comportamento di decadimento delle vibrazioni.

 

Subwoofer

Un subwoofer è stato utilizzato come fonte di vibrazioni per ottenere misurazioni di sweep nella regione delle basse frequenze. È stato utilizzato un PC per generare un segnale logico sinusoidale da 15 Hz a 200 Hz, che è stato poi riprodotto attraverso il subwoofer. I sensori accelerometrici sono stati collegati al bordo anteriore e alla parte superiore della piastra per misurare simultaneamente le vibrazioni orizzontali e verticali. Il PC è stato utilizzato per registrare l’uscita dei sensori montati sulla piastra. Le misurazioni sono state poi tradotte in grafici a cascata che mostrano il decadimento delle vibrazioni. L’asse Y dei grafici a cascata è stato impostato per ignorare gli artefatti del rumore di fondo, dove 0 dBFS corrispondeva al limite prima del clipping. L’SPL massimo durante la perlustrazione è stato di 93 dBA, misurato sul pavimento della nostra fabbrica riverberante a una distanza di 1 m . L’accelerazione massima orizzontale del mobile sperimentata durante la spazzata è stata di 2,4 m/s2.

 

Altoparlante a 2 vie

Un altoparlante a 2 vie è stato utilizzato come sorgente di vibrazioni per ottenere misurazioni sweep nelle regioni di frequenza dei medi e degli alti. L’esperimento è stato condotto utilizzando lo stesso processo dell’esperimento con i subwoofer, tranne per il fatto che gli sweep sono stati effettuati da 200 Hz a 1 kHz per i medi e da 1 kHz a 10 kHz per gli alti. Un’altra differenza era che gli amplificatori dei sensori dell’accelerometro erano impostati per fornire un guadagno di +20 dB rispetto alle misurazioni del subwoofer. Il guadagno aggiuntivo è stato applicato a causa dell’ampiezza di vibrazione intrinsecamente inferiore delle frequenze più alte. Il guadagno più elevato ha anche aumentato il rumore di fondo, il che ha richiesto la limitazione della porzione visibile dei grafici a cascata delle frequenze medie e alte per evitare gli artefatti del rumore di fondo. Anche l’SPL massimo dell’altoparlante era di 93 dBA durante gli sweep con la tensione di pilotaggio mantenuta costante durante tutte le misurazioni. L’accelerazione massima orizzontale del mobile sperimentata durante le spazzate è stata di 1,9 m/s2.

 

I vantaggi degli esperimenti con i subwoofer e gli altoparlanti sono stati quelli di offrire una visione ad alta risoluzione del comportamento di decadimento delle vibrazioni di ogni piedistallo audio. Gli svantaggi erano che la vibrazione degli armadi non era coerente con la frequenza come nell’esperimento con la tavola vibrante. Il comportamento vibratorio dei cabinet era comunque coerente tra le misurazioni, consentendo un utile confronto relativo tra i footer audio. Ogni misurazione è stata effettuata due volte consecutivamente e poi è stata calcolata come media per attenuare le irregolarità nel comportamento vibratorio degli armadietti.

Piè di pagina audio in prova

Design del piè di pagina audio

Sono stati testati sette diversi design di footer audio. Sono stati testati anche i picchi per un confronto relativo. Quattro di ogni piedistallo audio sono stati posizionati sotto la piastra di alluminio. I dispositivi che avevano la disposizione appropriata sono stati avvitati alla piastra.

 

I piedini audio testati si dividono grosso modo in due categorie per quanto riguarda l’isolamento dalle vibrazioni: a sfera e viscoelastici.

 

Cuscinetto a sfera

I piedini audio 1, 3 e 6 si basano su un concetto comunemente usato[2] che utilizza cuscinetti a sfera che rotolano in piste curve. Questi cuscinetti deviano la trasmissione delle vibrazioni, riducendo così le vibrazioni che attraversano il dispositivo. Il piedino audio 5 devia la trasmissione delle vibrazioni utilizzando cuscinetti in una configurazione impilata brevettata. I piedini di Carbide Base utilizzano cuscinetti tra piste piane con tamponi viscoelastici utilizzati per centrare il dispositivo durante le vibrazioni.

 

Viscoelastico

Il piedistallo audio 2 utilizza fibre di vetro stampate con proprietà viscoelastiche. Il piedino audio 4 utilizza elementi viscoelastici superiori e inferiori uniti da un cilindro ovale in una configurazione brevettata. I piedini Carbide Base utilizzano un elemento viscoelastico tubolare chiamato ViscoRing™ in una configurazione in attesa di brevetto.

Clicchi sul testo Misurazioni sopra ogni gruppo di misurazioni per attivarne la visibilità.

Le misure orizzontali e verticali sono riportate su schede separate.

Spighe

Dimensioni:

Ø 14 mm (0,55″)

35 mm (1,4″) di altezza

Costruzione:

Punte d’acciaio

Misure degli spuntoni (clicca per aprire)

Tavolo vibrante orizzontale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer orizzontale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante orizzontale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante orizzontale
1 kHz – 10 kHz Alti
Tavolo vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer verticale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante verticale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante verticale
1 kHz – 10 kHz Alti

Piè di pagina audio 1

Dimensioni:

Ø 45 mm (1,78″) (sezione superiore), Ø 70 mm (2,76″) (sezione inferiore)

51 mm (2,0″) – 61 mm (2,4″) di altezza

Peso massimo per 4 persone:

N/A

Altezza regolabile:

Provvedimento per i bulloni:

Costruzione:

Corpo in acciaio inox con 3 cuscinetti a sfera in ceramica montati su piste sferiche.

Misure del Piè di pagina audio 1 (cliccare per alternare)

Tavolo vibrante orizzontale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer orizzontale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante orizzontale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante orizzontale
1 kHz – 10 kHz Alti
Tavolo vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer verticale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante verticale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante verticale
1 kHz – 10 kHz Alti

Piè di pagina audio 2

Dimensioni:

50 mm (2″) di larghezza x 50 mm (2″) di profondità

25 mm (1″) di altezza

Peso massimo per 4 persone:

34,4 kg (76 libbre)

Sono disponibili altre versioni per pesi diversi.

Altezza regolabile:

No

Provvedimento per i bulloni:

No

Costruzione:

Strati di fibre di vetro stampate ad alta densità e compresse a caldo, inserite tra piastre di acciaio. Parte superiore e inferiore in gomma testurizzata.

Misure del Piè di pagina audio 2 (clicca per alternare)

Tavolo vibrante orizzontale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer orizzontale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante orizzontale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante orizzontale
1 kHz – 10 kHz Alti
Tavolo vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer verticale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante verticale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante verticale
1 kHz – 10 kHz Alti

Piè di pagina audio 3

Dimensioni:

Ø 45 mm (1,75″)

24 mm (0,94″) di altezza

Peso massimo per 4 persone:

N/A

Altezza regolabile:

No

(Aggiornamento opzionale)

Provvedimento per i bulloni:

No

Costruzione:

Corpo in alluminio anodizzato con 6 cuscinetti a sfera montati su piste sferiche tra 3 strati separati.

Misure del piè di pagina audio 3 (clicca per attivare)

Tavolo vibrante orizzontale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer orizzontale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante orizzontale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante orizzontale
1 kHz – 10 kHz Alti
Tavolo vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer verticale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante verticale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante verticale
1 kHz – 10 kHz Alti

Piè di pagina audio 4

Dimensioni:

Ø 51 mm (2″)

43 mm (1,7″) di altezza

Peso massimo per 4 persone:

55 kg (121 libbre)

Sono disponibili altre versioni per pesi diversi

Altezza regolabile:

Solo se imbullonato

Provvedimento per i bulloni:

Costruzione:

Isolatori viscoelastici superiori e inferiori in un alloggiamento collegati tra loro con un cilindro ovale in una configurazione brevettata. Design direzionale. Tutte le misure sono state prese con il logo rivolto in avanti, come raccomandato dal produttore.

Misure del piè di pagina audio 4 (clicca per alternare)

Tavolo vibrante orizzontale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer orizzontale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante orizzontale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante orizzontale
1 kHz – 10 kHz Alti
Tavolo vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer verticale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante verticale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante verticale
1 kHz – 10 kHz Alti

Piè di pagina audio 5

Dimensioni:

Ø 76 mm (3″)

57 mm (2,25″) di altezza

Peso massimo per 4 persone:

N/A

Altezza regolabile:

Solo se imbullonato

Provvedimento per i bulloni:

Costruzione:

Il corpo in acciaio inox ospita 5 pile separate di cuscinetti in ceramica in una configurazione brevettata non diametralmente opposta.

Piè di pagina audio 5 Misurazioni (clicca per attivare)

Tavolo vibrante orizzontale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer orizzontale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante orizzontale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante orizzontale
1 kHz – 10 kHz Alti
Tavolo vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer verticale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante verticale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante verticale
1 kHz – 10 kHz Alti

Piè di pagina audio 6

Dimensioni:

Ø 45 mm (1,75″)

72 mm (2,8″) – 89 mm (3,5″) di altezza

Peso massimo per 4 persone:

N/A

Altezza regolabile:

Provvedimento per i bulloni:

Sì (è necessario un bullone)

Costruzione:

Corpo in alluminio con 3 cuscinetti a sfera in ceramica montati su cuscinetti sferici.

Piè di pagina audio 6 Misurazioni (clicca per alternare)

Tavolo vibrante orizzontale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer orizzontale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante orizzontale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante orizzontale
1 kHz – 10 kHz Alti
Tavolo vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer verticale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante verticale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante verticale
1 kHz – 10 kHz Alti

Piedino della Carbide Base

Dimensioni:

Ø 125 mm (4,9″)

56 mm (2,2″) – 74 mm (2,9″) di altezza

Peso massimo per 4 persone:

32 kg (70 libbre)

ViscoRing™ sostituibile per pesi superiori

Altezza regolabile:

Provvedimento per i bulloni:

Costruzione:

Parte superiore in alluminio che ospita il membro viscoelastico ViscoRing™. La parte inferiore in acciaio inox ospita cuscinetti in ceramica e tamponi viscoelastici in una configurazione in attesa di brevetto. Misure prese con i Light ViscoRings™ installati.

Misure del piedistallo della Carbide Base (clicca per aprire)

Tavolo vibrante orizzontale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer orizzontale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante orizzontale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante orizzontale
1 kHz – 10 kHz Alti
Tavolo vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Bassi
Subwoofer verticale
15 Hz – 200 Hz Bassi
Altoparlante verticale
200 Hz – 1 kHz Gamma media
Altoparlante verticale
1 kHz – 10 kHz Alti

Dichiarazioni di non responsabilità

Questi esperimenti hanno simulato le ampiezze di vibrazione sperimentate direttamente sul cabinet di un altoparlante o di un subwoofer che suona a volume moderato o alto. Alcuni piedini audio possono misurare in modo diverso quando isolano le vibrazioni di minore ampiezza. Inoltre, la massa supportata influenza le prestazioni di alcuni footer audio, per cui la modifica della massa può cambiare le misurazioni. Infine, tutte queste misurazioni sono state effettuate con uno stimolo vibratorio sinusoidale approssimativamente stabile, che è diverso dallo stato dinamico della musica.

Conclusione

Le prestazioni di isolamento dalle vibrazioni dei piedini audio testati variano in modo significativo. Nella maggior parte dei casi, le vibrazioni vaganti indesiderate aumentano attraverso i piedini nelle frequenze basse e medie. In altri casi, lo smorzamento era insufficiente e le risonanze continuavano a lungo dopo lo stimolo iniziale, come indicato dai lunghi tempi di decadimento in alcuni dei grafici a cascata.

 

I piedini con Carbide Base sono unici per la loro capacità superiore di isolare e smorzare i bassi e i medi inferiori, massimizzando la chiarezza su queste frequenze.

Riferimenti

[1] Katz, B. (2020). Sulla radiazione acustica dal cabinet di un altoparlante. AES: Journal of the Audio Engineering Society, Convention Paper 10405

 

[2] Kemeny, Zoltan A. “Filtro meccanico del segnale”. US 6520283 B2, Ufficio brevetti e marchi degli Stati Uniti, 18 febbraio 2003. Brevetti Google, https://patents.google.com/patent/US6520283B2

I polimeri viscoelastici o gli elastomeri sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni di controllo delle vibrazioni grazie al loro elevato livello di smorzamento intrinseco. Gli elastomeri possono anche isolare efficacemente le vibrazioni a bassa frequenza grazie alla loro forma. Il fattore di forma è il termine artistico utilizzato per quantificare le prestazioni di isolamento di una determinata forma di elastomero. Ne consegue che più basso è il fattore di forma, più bassa è la frequenza di risonanza potenziale. Una bassa frequenza di risonanza si traduce tipicamente in un’ampia larghezza di banda per l’isolamento dalle vibrazioni. Ciò è dovuto all’isolamento delle frequenze di vibrazione superiori alla frequenza di risonanza.

 

Per le forme più comuni, il fattore di forma è generalmente definito come:

Fattore di forma =
Superficie media caricata
Superficie di rigonfiamento

La superficie media caricata è la media delle superfici superiore e inferiore che supportano il carico. La superficie di rigonfiamento è la superficie libera di rigonfiarsi perpendicolarmente al carico.

 

La stabilità di un elastomero può essere compromessa al di sotto di un certo fattore di forma, poiché il materiale diventa sempre più alto e stretto. Alcuni produttori di elastomeri raccomandano di non superare un fattore di forma di 0,3 per evitare il buckling, un problema che può causare il ribaltamento dell’apparecchiatura supportata.

 

Quando si progetta l’elastomero ViscoRing™ elastomero utilizzato nei
Carbide Base
piedini, è stato previsto un fattore di forma di 0,17. Questa scelta è stata fatta per spingere la frequenza di risonanza abbastanza in basso, in modo da isolare efficacemente le frequenze udibili più basse.

Migliorare la stabilità

È stato condotto un esperimento per verificare la capacità del ViscoRing™ di sostenere verticalmente un carico ed evitare l’instabilità. L’esperimento consisteva nell’applicare gradualmente una massa e nel misurare la deformazione verticale del materiale. I pesi sono stati applicati sopra il Medium ViscoRing™ con incrementi di 1,13 kg (2,5 libbre) in un ambiente a temperatura ambiente. La distanza di deformazione verticale è stata tracciata sotto forma di curva sforzo-deformazione. L’asse y rappresenta la sollecitazione o la quantità di massa applicata, mentre l’asse x rappresenta la deformazione verticale causata dall’applicazione della massa.

La curva rossa mostra il ViscoRing™ da solo senza custodia. Si può notare che poco dopo l’applicazione iniziale della massa, il materiale ha iniziato a flettersi e a deformarsi notevolmente sotto il carico. Il materiale non è riuscito a sostenere nemmeno una piccola massa, come era prevedibile dato il suo fattore di forma estremamente basso.

 

Per migliorare la stabilità del ViscoRing™, è stato progettato un alloggiamento all’interno della porzione superiore del piedistallo, come mostrato nel grafico semplificato. Carbide Base del piedistallo, come mostrato nel grafico semplificato. Sono state aggiunte delle creste a intervalli distanziati lungo il perimetro del ViscoRing™ per rinforzarlo e prevenire la deformazione. Le creste sono state distanziate tra loro in modo che la superficie fosse libera di rigonfiarsi tra di esse, preservando così i vantaggi del basso fattore di forma.

 

Man mano che il ViscoRing™ si gonfiava verso l’esterno, una percentuale progressivamente maggiore della superficie del rigonfiamento entrava in contatto con le creste inclinate. L’aumento del fattore di forma con l’aumento della massa ha permesso di ottenere una frequenza di risonanza più coerente in una gamma più ampia di masse di carico. Le prestazioni di isolamento del Carbide Base del piedistallo sono diventate più costanti al variare delle masse di supporto.

 

La curva blu mostra lo stesso ViscoRing™ posizionato nell’alloggiamento della parte superiore del piedino. Carbide Base piedistallo. È stato osservato un aumento relativamente lineare della deformazione o della deformazione verticale con l’applicazione di una sollecitazione o di una massa. Il materiale non si deformava come previsto.

 

Gli elastomeri non possono essere compressi in un volume più piccolo. Per questo motivo, gli elastomeri devono essere in grado di deformarsi sotto carico. Il ViscoRing™ con rinforzo selettivo non ha mostrato un aumento improvviso della pendenza o della rigidità, come sarebbe accaduto se al materiale fosse stato impedito di rigonfiarsi ulteriormente. Questo è importante, perché per ottenere una bassa frequenza di risonanza è necessaria una bassa rigidità o un basso tasso elastico.

Migliorare l’isolamento orizzontale

Una volta ottenuto il successo nell’utilizzo di un elastomero a basso fattore di forma per l’isolamento verticale, si volevano ottenere vantaggi analoghi per l’isolamento orizzontale. Per migliorare ulteriormente le prestazioni di isolamento orizzontale sono stati incorporati elastomeri a basso fattore di forma orientati orizzontalmente e cuscinetti a sfera.

 

L’utilizzo di cuscinetti a sfera per garantire l’isolamento orizzontale è un concetto ben noto. Molti progetti prevedono l’interposizione di cuscinetti a sfere tra piste curve. Le superfici curve dei cuscinetti di altri modelli mantengono i cuscinetti centrati. Consentono inoltre di deviare il percorso di trasmissione delle vibrazioni, poiché le corse superiori e inferiori si spostano orizzontalmente l’una rispetto all’altra. Questa elusione del percorso di trasmissione garantisce l’isolamento orizzontale[1].

 

Il progetto ideato per la parte inferiore dei Carbide Base piedini era diverso, in quanto i cuscinetti rotolavano su piste piane anziché curve. Gli elastomeri orientati orizzontalmente hanno agito come molle altamente smorzate, mantenendo il dispositivo centrato in risposta alle vibrazioni. Per ridurre al minimo la deformazione e la resistenza al rotolamento, è stato scelto lo zirconio per i cuscinetti e l’acciaio per molle temprato e lucidato per le piste dei cuscinetti. L’isolamento orizzontale è stato ottenuto con un livello di smorzamento più elevato rispetto ai progetti precedenti.

Test di vibrazione

Misurazione dell’isolamento orizzontale

Per valutare il miglioramento dell’isolamento orizzontale è stato condotto un altro esperimento. L’obiettivo dell’esperimento era quello di quantificare i miglioramenti apportati dall’aggiunta dei cuscinetti a sfera e degli elastomeri orientati orizzontalmente per l’isolamento orizzontale.

 

Per generare le vibrazioni per l’esperimento è stata utilizzata una tavola vibrante elettromagnetica. Il tavolo è stato controllato digitalmente tramite un touch screen e quadranti collegati a inverter a frequenza variabile (VFD). Questi sono stati utilizzati per modulare con precisione l’ampiezza e la frequenza di vibrazione della superficie del tavolo.

 

Quattro Carbide Base I piedini con ViscoRings™ medi installati sono stati posizionati sopra la tavola vibrante. Una piastra di alluminio zavorrata, con una massa totale di circa 45 kg, è stata poi imbullonata sopra i piedritti. Per misurare le vibrazioni sono stati utilizzati due sensori accelerometrici ACH-01 di Measurement Specialties. Il primo sensore è stato fissato con nastro biadesivo al bordo anteriore della tavola vibrante. Il secondo sensore è stato fissato in modo analogo al bordo anteriore della piastra di alluminio. Ogni sensore è stato collegato al proprio amplificatore calibrato per sensori di vibrazione, che a sua volta alimentava il proprio multimetro da banco. Le lettureVRMS di ciascun multimetro sono state utilizzate per determinare separatamente l’accelerazione subita dal tavolo e dalla piastra di alluminio con 1 mVRMS = 1 m/s2 di accelerazione.

Grafico dell’isolamento orizzontale

La frequenza di vibrazione in avanti e indietro (asse Y) è stata impostata con incrementi di 10 Hz da 10 Hz a 300 Hz. I valoriVRMS di entrambi i sensori sono stati tracciati ad ogni intervallo. L’ampiezza del tavolo è stata regolata per garantire che il tavolo oscillasse in modo sinusoidale con un’accelerazione di circa 4 m/s2.

 

Sottraendo l’uscita del sensore della piastra dall’uscita del sensore del tavolo si è ottenuta la trasmissione delle vibrazioni attraverso i piedini. Carbide Base piedini. I valori positivi indicano un’amplificazione delle vibrazioni attraverso il dispositivo. Ciò era previsto a frequenze di vibrazione intorno alla frequenza di risonanza del dispositivo. I valori negativi indicano una riduzione delle vibrazioni generate dal tavolo. In altre parole, l’isolamento delle vibrazioni che si desiderava ottenere. Più il valore è negativo, maggiore è l’isolamento.

 

La linea rossa mostra le misure effettuate con i Carbide Base piedini senza i cuscinetti a sfera e gli elastomeri orientati orizzontalmente. Per l’isolamento orizzontale è stato utilizzato solo l’elastomero ViscoRing™. La linea blu mostra le misure effettuate con i cuscinetti e gli elastomeri orizzontali in posizione. L’incorporazione di cuscinetti a sfera ed elastomeri orizzontali ha migliorato notevolmente le prestazioni di isolamento orizzontale. La riduzione dell’ampiezza delle vibrazioni è stata particolarmente pronunciata intorno alla frequenza di risonanza, indicando un livello di smorzamento più elevato.

Conclusione

I piedini sono stati progettati in modo da utilizzare elastomeri a basso fattore di forma Carbide Base per utilizzare in modo affidabile gli elastomeri a basso fattore di forma ai fini dell’isolamento dalle vibrazioni a bassa frequenza. Gli elastomeri formati in fattori di forma che in precedenza erano considerati troppo instabili sono stati resi sufficientemente stabili con un alloggiamento adeguatamente progettato. La combinazione aggiuntiva di cuscinetti ed elastomeri orientati orizzontalmente ha migliorato ulteriormente l’isolamento orizzontale. Queste caratteristiche inedite sono state successivamente incorporate in un brevetto in corso di registrazione.

Riferimenti

[1] Kemeny, Zoltan A. “Filtro di segnale meccanico”. US 6520283 B2, Ufficio brevetti e marchi degli Stati Uniti, 18 febbraio 2003. Brevetti Google, https://patents.google.com/patent/US6520283B2

È noto che la cassa di un altoparlante contribuisce significativamente al suono totale irradiato alle sue frequenze di risonanza inferiori[1]. Anche se la velocità superficiale dei pannelli di un altoparlante è piccola, i pannelli irradiano con un’efficienza molte volte superiore a quella degli altoparlanti. Questo è dovuto alla grande area radiante dei pannelli rispetto all’area radiante degli altoparlanti. Il suono che si irradia dai pannelli dell’involucro può impartire una distorsione udibile e dovrebbe essere mitigato. Smorzare i pannelli dell’involucro è un modo efficace per ridurre l’ampiezza delle risonanze[2].

 

L’obiettivo di questo esperimento era quello di determinare se il posizionamento Carbide Base piedini sotto un altoparlante potrebbe ridurre le risonanze a bassa frequenza all’interno dei pannelli del recinto dell’altoparlante. La riduzione delle risonanze dei pannelli aiuterebbe a quantificare il miglioramento della dissipazione delle vibrazioni fornito dai piedini. Questo miglioramento verrebbe confrontato con il caso base di una cassa acustica appoggiata su punte di acciaio su un pavimento di cemento.

Test Loudspeaker

Per eseguire i test di vibrazione, abbiamo prima costruito una cassa acustica di prova. Abbiamo creato il nostro recinto per ridurre al minimo le variabili sconosciute che potrebbero influenzare le misurazioni. L’involucro è stato lavorato da fogli di polietilene ad alta densità (HDPE) con pannelli spessi 25 mm (1 in) usati all’esterno e pannelli spessi 50 mm (2 in) utilizzati per i rinforzi interni. Due woofer Accuton AS250-6-552 da 250 mm (10 pollici) sono stati montati sui lati opposti del cabinet. Il recinto è stato sigillato con un volume interno di 129 litri che produce un Qtc di circa 0,64. Nessuna imbottitura era presente all’interno del recinto. La massa totale dell’involucro con i woofer montati era di 83 kg (183 lbs.).

Misure

Nel nostro esperimento di dissipazione delle vibrazioni, le misurazioni sono state effettuate sui pannelli esterni della cassa del diffusore. La prima serie di misurazioni è stata presa sul centro inferiore dell’involucro. La seconda serie di misurazioni è stata presa sulla porzione superiore del pannello laterale sinistro ad un’altezza di 76 cm (30 in) sopra il fondo del recinto. Le misurazioni sono state effettuate prima con il recinto seduto su picchetti di acciaio a contatto diretto con un pavimento di cemento. La stessa misurazione è stata poi ripetuta con la copertura appoggiata sui piedini Carbide Base.

 

Per misurare le vibrazioni abbiamo utilizzato un sensore accelerometrico piezoelettrico Measurement Specialties ACH-01. Il sensore è stato fissato all’involucro con del nastro biadesivo. Un amplificatore con un processore di segnale analogico integrato è stato utilizzato per amplificare l’uscita analogica del sensore ACH-01. L’amplificatore è stato calibrato per la sensibilità di questo particolare sensore ACH-01 consentendo misure di accelerazione assoluta. A sua volta, l’amplificatore del sensore ha inviato la sua uscita analogica a un’interfaccia USB Tascam US-366, che è stata utilizzata per registrare il segnale in digitale su un PC. Un segnale logico sinusoidale da 35 Hz a 200 Hz è stato immesso in un amplificatore di Classe AB che ha alimentato i woofer con una tensione di pilotaggio di 3,8V.

 

Sono stati generati dei grafici a cascata per mostrare il decadimento dell’ampiezza della vibrazione nel tempo. L’asse y rappresenta i dB sotto il fondo scala del segnale registrato rispetto al livello di picco massimo prima del clipping. L’asse y è stato limitato a un minimo di -60 dBFS per evitare artefatti di rumore di fondo.

 

Le cascate blu rappresentano le misurazioni con la copertura su piedini Carbide Base e le cascate rosse rappresentano con la copertura su punte da pavimento in acciaio a diretto contatto con il pavimento in cemento.

Pannello inferiore

Sui picchi del pavimento
Su piedini a Carbide Base

Pannello laterale superiore

Sui picchi del pavimento
Su piedini a Carbide Base

Risultati

Le misurazioni hanno confermato che le risonanze a bassa frequenza all’interno dei pannelli del nostro diffusore di prova sono state attenuate quando il diffusore è stato posizionato su piedini Carbide Base invece che su punte da pavimento. Questo effetto di smorzamento si è verificato non solo localmente vicino al contatto con i piedini, ma anche in un punto vicino all’estremità opposta del recinto. L’ampiezza e il tempo di decadimento della maggior parte delle risonanze presenti in entrambi i pannelli è stato ridotto quando l’altoparlante era sui piedini Carbide Base. Una notevole eccezione era la risonanza intorno a 150 Hz in cui c’era una diminuzione dell’ampiezza e un decadimento inizialmente più veloce, seguita da un piccolo aumento del tempo di decadimento sotto -40 dBFS. Nella regione di frequenza più bassa, dove le risonanze dell’involucro sono più udibili, l’ampiezza delle vibrazioni è stata ridotta in alcuni casi di oltre l’80%.

Riferimenti

[1] Bastyr, K. J., & Capone, D. E. (2003). Sulla radiazione acustica dal cabinet di un altoparlante. AES: Journal of the Audio Engineering Society, 51(4), 234-243.

[2] Juha Backman, Effect of panel damping on loudspeaker enclosure vibration, 1996, Nokia Mobile Phones, Finlandia.