Przegląd projektów stopek audio

Wibracje rozproszone z głośników mogą przenosić się bezpośrednio na powierzchnie pomieszczenia poprzez kontakt z podłogą. Powoduje to, że powierzchnie pomieszczenia sympatyzują z tymi drganiami w postaci słyszalnego hałasu, który może wpływać na wrażenia słuchowe. Problem jest dodatkowo potęgowany przez dużą powierzchnię pomieszczenia, które promieniuje dźwięk z dużą wydajnością. Wibracje o niskiej częstotliwości są najgorszym przestępcą ze względu na ich zdolność do przemieszczania się w całej strukturze pomieszczenia z niewielką impedancją.

Nawet przy zastosowaniu podstawowej wibroizolacji można złagodzić te degradujące efekty drgań przenoszonych przez konstrukcję. Umieszczenie wibroizolacyjnych stopek audio pod głośnikami zmniejsza czas pogłosu, artefakty związane z zanikaniem wibracji i zniekształcenia przy niektórych częstotliwościach[1]. Podobne pozytywne efekty daje odizolowanie elektroniki audio od wibracji. Stopień tych korzyści może być bardzo różny w zależności od konstrukcji stopki audio.

Pomiar izolacji od drgań

Chcieliśmy zmierzyć właściwości wibroizolacyjne kilku popularnych konstrukcji stopek audio. Następnie zmierzyliśmy nasze Carbide Base stopki według tych samych kryteriów w celu porównania. Izolacja od drgań została zmierzona dla każdej stopki audio w kierunku poziomym i pionowym. Do generowania drgań wykorzystano trzy różne źródła wibracji: elektromagnetyczny stół wibracyjny, subwoofer i głośnik dwudrożny. W każdym eksperymencie na źródło drgań nałożono cztery stopki dźwiękowe, a następnie na stopki dźwiękowe nałożono płytę aluminiową. Do płyty aluminiowej przykręcono ciężarki, aby symulować masę głośnika lub sprzętu audio o masie całkowitej około 32 kg. Czujniki akcelerometru piezoelektrycznego ACH-01 zostały następnie przymocowane do płyty za pomocą taśmy dwustronnej w celu pomiaru przyspieszenia w kierunku poziomym i pionowym.

Wibracje elektromagnetyczne Tabela

Do uzyskania pierwszego zestawu pomiarów użyto elektromagnetycznego stołu wibracyjnego. Stół był sterowany cyfrowo, aby modulować amplitudę i częstotliwość drgań powierzchni stołu. Aby określić amplitudę drgań stołu, do stołu przymocowano czujnik akcelerometryczny, a następnie za pomocą multimetru zmierzono wyjście wzmacniacza czujnika. To samo zrobiono z drugim czujnikiem akcelerometrycznym przymocowanym do aluminiowej płyty. Pomiary były wykonywane z czujnika płytkowego w odstępach 5 Hz od 10 Hz do 200 Hz. Stół wibracyjny był regulowany w każdym odstępie czasu, aby zapewnić wibracje stołu z przyspieszeniem 2,5 m/s2. Pomiary te koncentrowały się na obszarze częstotliwości basów, aby określić skuteczność izolacji drgań wokół częstotliwości rezonansowej każdej stopki audio.

Zaletą tego eksperymentu było to, że stół zapewniał stałe wibracje podczas pomiarów. Dzięki temu rezonanse w stopkach audio były wyraźnie rozpoznawalne. Wadą tego eksperymentu była jego ograniczona rozdzielczość z powodu pomiarów w odstępach. Eksperyment ten nie dał również wglądu w zachowanie się zaniku drgań.

Subwoofer

Jako źródło drgań wykorzystano subwoofer, aby uzyskać pomiary przemiatania w zakresie częstotliwości basowych. Za pomocą komputera PC wygenerowano sygnał sinusoidalny log swept od 15 Hz do 200 Hz, który następnie został odtworzony przez subwoofer. Czujniki akcelerometryczne zostały przymocowane do przedniej krawędzi i górnej części płyty, aby jednocześnie mierzyć drgania poziome i pionowe. Komputer PC służył do rejestrowania danych wyjściowych z czujników zamontowanych na płycie. Pomiary zostały następnie przełożone na wykresy wodospadowe pokazujące zanik drgań. Oś Y wykresów wodospadowych została ustawiona tak, aby ignorować artefakty dna szumów, gdzie 0 dBFS odpowiada granicy przed obcięciem. Maksymalny poziom ciśnienia akustycznego podczas zamiatania wynosił 93 dBA i został zmierzony na podłodze naszego zakładu, w którym panuje pogłos, w odległości 1 m. Maksymalne poziome przyśpieszenie szafy, jakie wystąpiło w trakcie przeczesywania, wyniosło 2,4 m/s2.

Głośnik 2-drożny

Jako źródło drgań zastosowano dwudrożny głośnik, aby uzyskać pomiary przemiatania w zakresie częstotliwości średnich i wysokich. Eksperyment przeprowadzono w taki sam sposób, jak w przypadku subwoofera, z tą różnicą, że przemiatanie odbywało się w zakresie od 200 Hz do 1 kHz dla tonów średnich i od 1 kHz do 10 kHz dla tonów wysokich. Kolejną różnicą było to, że wzmacniacze czujników akcelerometru zostały ustawione tak, aby zapewnić wzmocnienie +20 dB w stosunku do pomiarów subwoofera. Dodatkowe wzmocnienie zostało zastosowane ze względu na niższą amplitudę drgań przy wyższych częstotliwościach. Wyższe wzmocnienie podniosło również poziom szumu, co wymagało ograniczenia widocznej części wykresów wodospadu średnich i wysokich częstotliwości, aby uniknąć artefaktów szumu. Maksymalny poziom SPL głośnika wynosił 93 dBA również podczas przemiatania, przy czym napięcie zasilające było utrzymywane na stałym poziomie podczas wszystkich pomiarów. Maksymalne poziome przyspieszenie szafy sterowniczej, które wystąpiło podczas przeciągania, wyniosło 1,9 m/s2.

Zaletą eksperymentów z subwooferem i głośnikiem było to, że oferowały one wysokiej rozdzielczości obraz zachowania się wibracji każdej ze stóp audio. Wadą było to, że drgania szafek nie były tak spójne z częstotliwością, jak w eksperymencie ze stołem wibracyjnym. Zachowanie drgań obudów było jednak spójne pomiędzy pomiarami, co pozwalało na użyteczne porównania względne pomiędzy stopami audio. Każdy pomiar był wykonywany dwa razy z rzędu, a następnie uśredniany w celu wygładzenia nieprawidłowości w zachowaniu się szafy podczas drgań.

Proszę kliknąć tekst Pomiary pod każdym urządzeniem, aby przełączyć widoczność jego wykresów.

Pomiary poziome i pionowe są przedstawione w oddzielnych zakładkach.

Zastrzeżenia

Eksperymenty te symulowały amplitudy drgań odczuwane bezpośrednio na obudowie głośnika lub subwoofera grającego z umiarkowaną lub dużą głośnością. Niektóre stopki audio mogą mierzyć inaczej, gdy izolują drgania o niższej amplitudzie. Dodatkowo, masa podtrzymywana wpływa na działanie niektórych stopek audio, więc zmiana masy może zmienić wyniki pomiarów. Wreszcie, wszystkie te pomiary zostały wykonane przy mniej więcej stałym sinusoidalnym bodźcu wibracyjnym, który różni się od dynamicznego stanu muzyki.

Wniosek

Izolacyjność od drgań badanych stopek audio była bardzo zróżnicowana. W większości przypadków niepożądane wibracje błądzące nasiliły się przez stopki w zakresie niskich i niższych częstotliwości średnich. W innych przypadkach tłumienie było niewystarczające, co powodowało, że rezonanse utrzymywały się jeszcze długo po wystąpieniu pierwszego bodźca, na co wskazują długie czasy zaniku na niektórych wykresach wodospadowych.

Stopki Carbide Base były wyjątkowe ze względu na ich doskonałą zdolność do izolowania i tłumienia basów i niższych tonów średnich, maksymalizując w ten sposób klarowność tych częstotliwości.