Rozpraszanie drgań za pomocą stopek z Carbide Base

Rozpraszanie drgań za pomocą stopek z Carbide Base

Wiadomo, że obudowa głośnika ma znaczący udział w całkowitym promieniowaniu dźwięku przy jego niższych częstotliwościach rezonansowych[1]. Mimo, że prędkość powierzchniowa paneli głośnika jest niewielka, panele promieniują ze skutecznością wielokrotnie większą niż przetworniki. Wynika to z dużej powierzchni promieniowania paneli w stosunku do powierzchni promieniowania przetworników. Dźwięk wydobywający się z paneli obudowy może powodować słyszalne zniekształcenia i powinien zostać zminimalizowany. Tłumienie paneli obudowy jest jednym ze skutecznych sposobów na zmniejszenie amplitudy rezonansów[2].

 

Celem tego eksperymentu było ustalenie, czy umieszczenie Carbide Base stopki pod głośnikiem może zmniejszyć rezonanse niskich częstotliwości w obrębie paneli obudowy głośnika. Redukcja rezonansów paneli pomogłaby w ilościowym określeniu poprawy w rozpraszaniu drgań zapewnianej przez stopki. Ta poprawa byłaby porównywana z przypadkiem bazowym, w którym obudowa głośnika stoi na stalowych kolcach podłogowych na betonowej podłodze.

Głośnik testowy

Aby przeprowadzić testy wibracyjne, najpierw skonstruowaliśmy obudowę głośnika testowego. Stworzyliśmy własną obudowę, aby zminimalizować nieznane zmienne, które mogłyby wpłynąć na wyniki pomiarów. Obudowa została wykonana maszynowo z płyt polietylenowych o wysokiej gęstości (HDPE) o grubości 25 mm (1 cal) na zewnątrz i 50 mm (2 cale) na usztywnienia wewnętrzne. Dwa głośniki niskotonowe Accuton AS250-6-552 o średnicy 250 mm (10 cali) zamontowano po przeciwległych stronach obudowy. Obudowa została uszczelniona o objętości wewnętrznej 129 litrów, co daje Qtc około 0,64. Wewnątrz obudowy nie znajdowało się żadne wypchanie. Całkowita masa obudowy z zamontowanymi głośnikami niskotonowymi wynosiła 83 kg (183 funty).

Pomiary

W naszym eksperymencie dotyczącym rozpraszania drgań pomiary zostały wykonane na zewnętrznych panelach obudowy głośnika. Pierwszy zestaw pomiarów wykonano na środku dolnej części obudowy. Drugi zestaw pomiarów wykonano na górnej części lewego panelu bocznego na wysokości 76 cm (30 cali) nad dnem obudowy. Pomiary przeprowadzono najpierw z obudową umieszczoną na stalowych kolcach podłogowych bezpośrednio stykających się z betonową podłogą. Ten sam pomiar wykonano ponownie z obudową ustawioną na stopkach Carbide Base.

 

Do pomiaru drgań wykorzystaliśmy piezoelektryczny czujnik akcelerometryczny ACH-01 firmy Measurement Specialties. Czujnik został przymocowany do obudowy za pomocą taśmy dwustronnej. Do wzmocnienia wyjścia analogowego czujnika ACH-01 zastosowano wzmacniacz z wbudowanym analogowym procesorem sygnałowym. Wzmacniacz został skalibrowany pod kątem czułości tego konkretnego czujnika ACH-01, co pozwala na pomiar przyspieszeń bezwzględnych. Z kolei wzmacniacz czujników przekazywał swoje analogowe wyjście do interfejsu USB Tascam US-366, który służył do cyfrowego zapisu sygnału na komputerze. Sygnał sinusoidalny o częstotliwości od 35 Hz do 200 Hz był podawany do wzmacniacza klasy AB, który zasilał głośniki niskotonowe napięciem 3,8 V.

 

Wygenerowano wykresy wodospadowe, aby pokazać rozkład amplitudy drgań w czasie. Oś y przedstawia dB poniżej pełnej skali zarejestrowanego sygnału w stosunku do maksymalnego poziomu szczytowego przed obcięciem. Oś y została ograniczona do minimum -60 dBFS, aby uniknąć artefaktów związanych z podłogą szumów.

 

Niebieskie wodospady reprezentują pomiary z obudową na stopach Carbide Base, a czerwone wodospady reprezentują pomiary z obudową na stalowych kolcach podłogowych bezpośrednio stykających się z betonową podłogą.

Panel dolny

Na kolcach podłogowych
Na stopkach z Carbide Base

Górny panel boczny

Na kolcach podłogowych
Na stopkach z Carbide Base

Wyniki

Pomiary potwierdziły, że rezonanse niskich częstotliwości w panelach testowej obudowy głośnika zostały stłumione, gdy głośnik został umieszczony na stopkach Carbide Base zamiast na kolcach podłogowych. Ten efekt tłumienia występował nie tylko lokalnie w pobliżu styku z cokołami, ale również w miejscu znajdującym się w pobliżu przeciwległego końca obudowy. Carbide Base i czas zanikania większości rezonansów obecnych w obu panelach zostały zredukowane, gdy głośnik znajdował się na stopkach Carbide Base. Wyjątkiem był rezonans w okolicy 150 Hz, w którym nastąpił spadek amplitudy i początkowo szybszy zanik, a następnie niewielkie wydłużenie czasu zaniku poniżej -40 dBFS. W zakresie najniższych częstotliwości, gdzie rezonanse obudowy są najbardziej słyszalne, amplituda drgań została zredukowana w niektórych przypadkach o ponad 80%.

Referencje

[1] Bastyr, K. J., & Capone, D. E. (2003). O promieniowaniu akustycznym z obudowy głośnika. AES: Journal of the Audio Engineering Society, 51(4), 234-243.

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