Обзор дизайнов звуковых колонтитулов

Обзор дизайнов звуковых колонтитулов

 

Паразитные вибрации от громкоговорителей могут напрямую передаваться на поверхности комнаты через контакт с полом. Это заставляет поверхности комнаты симпатически излучать эти вибрации в виде слышимого шума, что может повлиять на восприятие музыки. Проблема еще более усугубляется большой площадью поверхности комнаты, которая излучает звук с высокой эффективностью. Низкочастотные вибрации — самый страшный преступник из-за их способности распространяться по всей структуре помещения с небольшим сопротивлением.

 

Даже при использовании базовой виброизоляции эти разрушительные эффекты вибраций, передающихся от конструкции, можно смягчить. Размещение виброизолирующих подложек под громкоговорителями уменьшает время реверберации, артефакты затухания вибраций и искажения на некоторых частотах[1]. Аналогичные положительные эффекты дает изоляция аудиоэлектроники от вибраций. Степень этих преимуществ может сильно варьироваться в зависимости от конструкции подножек.

Измерение виброизоляции

Мы попытались измерить характеристики виброизоляции нескольких популярных конструкций подножек для аудиосистем. Затем мы измерили наши Carbide Base подножки по тем же критериям для сравнения. Виброизоляция измерялась для каждого подножия в горизонтальном и вертикальном направлениях. Для создания вибраций использовались три различных источника: электромагнитный вибростол, сабвуфер и 2-полосная акустическая система. В каждом эксперименте на источник вибрации помещались четыре звуковых опоры, а затем поверх них устанавливалась алюминиевая пластина. К алюминиевой пластине были прикручены грузы, чтобы имитировать массу громкоговорителя или аудиооборудования общей массой около 32 кг (70 фунтов). Пьезоэлектрические акселерометрические датчики Measurement Specialties ACH-01 были прикреплены к пластине с помощью двухстороннего скотча для измерения ускорения в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Электромагнитный вибрационный стол

Для получения первого набора измерений был использован электромагнитный вибрационный стол. Стол управлялся с помощью цифровых технологий для модуляции амплитуды и частоты вибрации поверхности стола. Чтобы определить амплитуду вибрации стола, к нему был прикреплен датчик акселерометра, а затем с помощью мультиметра был измерен выходной сигнал усилителя датчика. То же самое было проделано со вторым датчиком акселерометра, прикрепленным к алюминиевой пластине. Измерения проводились с датчика на пластине с интервалом в 5 Гц в диапазоне от 10 до 200 Гц. Вибрационный стол регулировался в каждом интервале так, чтобы стол вибрировал с ускорением 2,5 м/с2. Эти измерения были сосредоточены на области низких частот, чтобы определить эффективность виброизоляции в районе резонансной частоты каждого звукоснимателя.

 

Преимущество этого эксперимента заключалось в том, что стол обеспечивал постоянную вибрацию во время измерений. Это позволило четко определить резонанс в звуковых колонках. Недостатком этого эксперимента было его ограниченное разрешение из-за разнесенных измерений. Кроме того, этот эксперимент не дал никакого представления о поведении затухания вибрации.

 

Сабвуфер

Сабвуфер использовался в качестве источника вибрации для получения измерений размаха в области низких частот. С помощью компьютера генерировался логарифмический синусоидальный сигнал от 15 до 200 Гц, который затем воспроизводился через сабвуфер. Датчики акселерометра были прикреплены к переднему краю и верхней части тарелки для одновременного измерения горизонтальных и вертикальных колебаний. Компьютер использовался для записи выходных данных датчиков, установленных на тарелке. Затем измерения были преобразованы в графики водопада, показывающие затухание вибрации. Ось Y графиков водопада была настроена так, чтобы игнорировать артефакты шумового пола, где 0 dBFS соответствовало пределу до клиппирования. Максимальное значение SPL во время развертки составило 93 дБА, измеренное на полу нашей реверберирующей фабрики на расстоянии 1 м. Максимальное горизонтальное ускорение корпуса во время зачистки составило 2,4 м/с2.

 

Двухполосная акустическая система

Двухполосная акустическая система использовалась в качестве источника вибрации для получения измерений развертки в области средних и высоких частот. Эксперимент проводился по той же схеме, что и эксперимент с сабвуфером, за исключением того, что развертка проводилась в диапазоне от 200 Гц до 1 кГц для средних частот и от 1 кГц до 10 кГц для высоких частот. Еще одно отличие заключалось в том, что усилители акселерометрических датчиков были настроены на усиление +20 дБ по сравнению с измерениями сабвуфера. Дополнительное усиление было применено из-за изначально более низкой амплитуды колебаний на высоких частотах. Более высокий коэффициент усиления также повысил уровень шума, что потребовало ограничить видимую часть графиков водопада средних и высоких частот, чтобы избежать артефактов шумового пола. Максимальный SPL громкоговорителя также составил 93 дБА во время развертки, при этом напряжение питания оставалось постоянным на протяжении всех измерений. Максимальное горизонтальное ускорение корпуса во время измерений составило 1,9 м/с2.

 

Преимущества экспериментов с сабвуфером и громкоговорителем заключались в том, что они давали возможность увидеть поведение затухания вибрации каждого звукоснимателя в высоком разрешении. Недостатки заключались в том, что вибрация кабинетов не была столь последовательной в зависимости от частоты, как в эксперименте с вибростолом. Тем не менее, поведение вибрации шкафов было одинаковым между измерениями, что позволило провести полезные относительные сравнения между аудиофужерами. Каждое измерение проводилось дважды подряд, а затем усреднялось, чтобы сгладить неравномерности в вибрационном поведении кабинетов.

Тестируемые аудио колонтитулы

Дизайн аудио колонтитулов

Было протестировано семь различных дизайнов звуковых колонтитулов. Для относительного сравнения также были протестированы шипы. По четыре штуки каждого звукового подпятника были помещены под алюминиевую пластину. Устройства, которые имели соответствующее положение, были прикручены к пластине.

 

Протестированные аудиофужеры делятся примерно на две категории в отношении достижения виброизоляции: шарикоподшипники и вязкоупругие.

 

Шариковый подшипник

Звуковые подставки 1, 3 и 6 основаны на общепринятой концепции[2], использующей шарикоподшипники, катящиеся в изогнутых дорожках подшипников. Такие подшипники отклоняют передачу вибраций, тем самым уменьшая вибрации, проходящие через устройство. Звуковая подставка 5 уменьшает передачу вибраций за счет использования подшипников в запатентованной стоечной конфигурации. Carbide Base подставки используют подшипники между плоскими дорожками подшипников с вязкоупругими буферами, которые используются для центрирования устройства во время вибраций.

 

Вязкоупругий

В звуковом подножке 2 используются формованные стекловолокна с вязкоупругими свойствами. В звуковом подпятнике 4 используются верхний и нижний вязкоупругие элементы, соединенные овальным цилиндром в запатентованной конфигурации. Carbide Base В подпятниках используется трубчатый вязкоупругий элемент под названием ViscoRing™ в конфигурации, ожидающей патента.

Нажмите на текст «Измерения» под каждым устройством, чтобы переключить видимость его графиков.

Горизонтальные и вертикальные измерения показаны на отдельных вкладках.

Шипы

Стальные шипы

Размеры:

Ø 14 мм (0.55″)

35 мм (1.4″) высота

Измерения шипов (нажмите, чтобы отмотать)

Горизонтальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Горизонтальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты
Вертикальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Вертикальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты

Аудио колонтитул 1

Корпус из нержавеющей стали с 3 керамическими шарикоподшипниками на сферических дорожках.

Размеры:

Ø 45 мм (1.78″) (верхняя часть), Ø 70 мм (2.76″) (нижняя часть)

Высота 51 мм (2.0″) — 61 мм (2.4″)

Максимальный вес для 4:

Н/Д

Регулируемая высота:

Да

Обеспечение болтов:

Да

Измерения в Audio Footer 1 (нажмите, чтобы отменить)

Горизонтальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Горизонтальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты
Вертикальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Вертикальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты

Аудио колонтитул 2

Слои термопрессованных формованных стекловолокон высокой плотности, проложенные между стальными пластинами. Текстурированная резина сверху и снизу.

Размеры:

Ширина 50 мм (2″) x глубина 50 мм (2″)

Высота 25 мм (1″)

Максимальный вес для 4:

34,4 кг (76 фунтов)

Доступны другие версии для разных весов.

Регулируемая высота:

Нет

Обеспечение болтов:

Нет

Измерения Audio Footer 2 (нажмите, чтобы отменить)

Горизонтальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Горизонтальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты
Вертикальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Вертикальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты

Аудио нижний колонтитул 3

Корпус из анодированного алюминия с 6 шарикоподшипниками, расположенными в сферических дорожках между 3 отдельными слоями.

Размеры:

Ø 45 мм (1.75″)

24 мм (0.94″) высота

Максимальный вес для 4:

Н/Д

Регулируемая высота:

Нет

(дополнительное обновление)

Обеспечение болтов:

Нет

Измерения аудио футера 3 (нажмите, чтобы отменить)

Горизонтальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Горизонтальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты
Вертикальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Вертикальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты

Аудио нижний колонтитул 4

Верхний и нижний вязкоупругие изоляторы в корпусе, соединенные вместе овальным цилиндром в запатентованной конфигурации. Направленный дизайн. Все измерения проводились с логотипом, направленным вперед, как рекомендует производитель.

Размеры:

Ø 51 мм (2″)

43 мм (1.7″) высота

Максимальный вес для 4:

55 кг (121 фунт)

Доступны другие версии для разных весов

Регулируемая высота:

Только при закреплении болтами

Обеспечение болтов:

Да

Audio Footer 4 Measurements (нажмите, чтобы отменить)

Горизонтальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Горизонтальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты
Вертикальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Вертикальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты

Аудио нижний колонтитул 5

Корпус из нержавеющей стали содержит 5 отдельных стопок керамических подшипников в недиаметрически противоположной запатентованной конфигурации.

Размеры:

Ø 76 мм (3″)

57 мм (2.25″) высота

Максимальный вес для 4:

Н/Д

Регулируемая высота:

Только при закреплении болтами

Обеспечение болтов:

Да

Audio Footer 5 Measurements (нажмите, чтобы отменить)

Горизонтальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Горизонтальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты
Вертикальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Вертикальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты

Аудио нижний колонтитул 6

Алюминиевый корпус с 3 керамическими шарикоподшипниками на сферических дорожках.

Размеры:

Ø 45 мм (1.75″)

72 мм (2.8″) — 89 мм (3.5″) высота

Максимальный вес для 4:

Н/Д

Регулируемая высота:

Да

Обеспечение болтов:

Да (требуется крепление болтами)

Audio Footer 6 Measurements (нажмите, чтобы отменить)

Горизонтальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Горизонтальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты
Вертикальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Вертикальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты

Carbide Base Нижний колонтитул

Верхняя часть из алюминия содержит вязкоупругий элемент ViscoRing™. Нижняя часть из нержавеющей стали содержит керамические подшипники и вязкоупругие буферы в конфигурации, на которую подана заявка на патент. Измерения выполнены при установленном Light ViscoRings™.

Размеры:

Ø 125 мм (4.9″)

56 мм (2.2″) — 74 мм (2.9″) высота

Максимальный вес для 4:

32 кг (70 фунтов)

ViscoRing™ заменяется для больших весов.

Регулируемая высота:

Да

Обеспечение болтов:

Да

Carbide Base Измерения нижнего колонтитула (нажмите, чтобы отмотать)

Горизонтальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Горизонтальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Горизонтальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты
Вертикальный вибрационный стол
10 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный сабвуфер
15 Гц — 200 Гц Басы
Вертикальный громкоговоритель
200 Гц — 1 кГц Среднечастотный диапазон
Вертикальный громкоговоритель
1 кГц — 10 кГц Высокие частоты

Отказ от ответственности

В этих экспериментах моделировались амплитуды вибраций, возникающих непосредственно в корпусе громкоговорителя или сабвуфера, играющего на умеренной или высокой громкости. Некоторые подпятники для аудиосистем могут иметь другие показатели при изоляции вибраций меньшей амплитуды. Кроме того, поддерживаемая масса влияет на характеристики некоторых подножек, поэтому изменение массы может изменить результаты измерений. И наконец, все эти измерения проводились при приблизительно устойчивом состоянии синусоидального вибрационного стимула, которое отличается от динамического состояния музыки.

Заключение

Виброизоляционные характеристики протестированных аудиофутеров значительно различались. В большинстве случаев нежелательные паразитные вибрации усиливались через подножки в области низких и нижних средних частот. В других случаях демпфирование было недостаточным, в результате чего резонанс продолжался долгое время после первоначального раздражителя, о чем свидетельствует длительное время затухания на некоторых графиках водопада.

 

Футеры Carbide Base были уникальны своей превосходной способностью изолировать и гасить низкие и нижние средние частоты, тем самым обеспечивая максимальную чистоту звучания на этих частотах.

Ссылки

[1] Кац, Б. (2020). Об акустическом излучении из корпуса громкоговорителя. AES: Journal of the Audio Engineering Society, Convention Paper 10405

 

[2] Кемени, Золтан А. «Механический фильтр сигналов». US 6520283 B2, Бюро патентов и торговых марок США, 18 февраля 2003 г. Google Патенты, https://patents.google.com/patent/US6520283B2