Amikor megpróbáljuk a hangsugárzó műszaki paramétereit értelmezni és lefordítani arra, hogy mindezek hogyan alakulnak át a zenei hang visszaadásában, nem gyakran, de feltűnik egy adat aminek hátterében a részletek és a magyarázat „kissé” ritkák. A Q-damping factor az egyik olyan hangszóró-jellemző, amelyet gyakran figyelmen kívül hagynak. Pedig ez a mértékegység nélküli szám kulcsfontosságú eleme annak, hogy a felfüggesztés és a mágneses rendszer hogyan szabályozza és csillapítja a membrán rezgését annak rezonancia frekvenciáján. A különböző Q-értékek befolyásolják az érzékenységet, a frekvencia átvitelt és ezekkel a mérhető adatokkal együtt végső soron a hangminőséget. Tehát a Q-tényező megértése alapvető fontosságú.
Már többször emlegettük a Thiele/Small paramétereknek nevezett hangsugárzó-specifikációkat. Ez a mérték-együttes felhasználható a hangszóró alacsony frekvenciájú teljesítményének szimulálására és előrejelzésére. A specifikációk közül három a Q témakörhöz kapcsolódik. A Q-tényező egy egység nélküli szám, amely leírja, mennyire alul-csillapított az oszcilláló áramkör. A magasabb Q érték azt jelenti, hogy az áramkör (vagy a rendszer) csillapítása alacsony, és így a hang hosszabb ideig fog csengeni vagy rezonálni.
A három vonal azt mutatja, hogy a különböző Q-tényezők hogyan befolyásolják azt, hogy egy membrán mennyi ideig rezeg a rezonancia frekvenciáján. A zöld görbe a csillapítás következményét a gyors leállást, a kék és piros görbék az alul-csillapított viselkedés különböző szintjeit jelzik. Íme, egy analógia, amely segíthet a dolgot megérteni!
Mindenki ismeri a rugót és annak elméletét. Egy rugó magas Q-tényezővel rendelkezik, egy pöccintésre másodpercekig rezeg, majd az energia elfogytával a rezgés abbamarad. Ha egy szalagot helyezünk a spirálrugó menetei közé, az nagymértékben csillapítja a rezgéseket, hatása csökkenti a rugó Q-értékét, és a rezonanciák (rezgések) gyorsabban megállnak.
A legtöbb mechanikai rendszer vagy elektromos áramkör esetében a 0,5-ös Q rezonancia csúcs optimális csillapításnak tekinthető. A 0,3-as Q túlcsillapítás, a 0,7-es Q pedig alulcsillapítás. Egy hangvilla Q értéke például nagyjából 1. A tökéletes hangszóró lapos frekvencia-átvitellel rendelkezik, amelyet a Thiele/Small paraméterei határoznak meg, grafikus ábrázolásban kb.: így nézne ki.
A hangszóró hipotetikus reakciója a Qts az a Thiele/Small paraméter, amely a hangszóró teljes Q-tényezőjét határozza meg. Az érték egyformán figyelembe veszi a hangszóró mechanikai és elektromos Q-tényezőit. A legtöbb hangszórógyártó nem érti teljesen a Q és a frekvencia átvitel közötti összefüggést, vagy úgy dönt, hogy figyelmen kívül hagyja(!) Pedig a magasabb Q-értékű hangsugárzók használatának előnyei hallhatóak, mert hatékonyabbak a felső mély- és közép/mély hang-tartományban. A felfüggesztésben tárolt extra energia felszabadul, ami növeli az impulzus teljesítményt, jellemzően a 140-160 Hz körüli régióban. Hátránya, hogy a felfüggesztés által tárolt és felszabaduló többletenergia sajnos egy bizonyos torzítás(!) Olyan hang, ami nem volt az eredeti felvételen. Ne feledjük, a hangszóró felfüggesztése egy rugórendszer! Nem szeretnénk, ha a jel megszűnése után tovább rezonálna oda-vissza. Ez az oda-vissza mozgás nemcsak a frekvenciatartományra, hanem az időtartományra is hatással van. A hangok továbbra is csengenek, miután a bemeneti jel megszűnt. Ezt gyakran lomhaságnak nevezik, ezzel szemben a megfelelően csillapított hangszórót gyakran úgy írják le, hogy „feszesen” vagy „gyorsan” szól. Mivel a sebesség nem változhat, ezeknek a leírásoknak a pontossága korlátozott. Tehát valóban érdemes olyan hangszórókat keresni, amelyeknek alacsony a Q-értéke. Az alacsonyabb értékek (0,4-től 0,5-ig) jobbak, és érdemes elkerülni a 0,6 feletti értékeket.
Mik azok a paraméterek amiket figyelembe kell venni a hangszóróknál? Akár könyvet is írhatunk erről a témáról, minden bizonnyal igaz, ha a hangszórókról és azok paramétereiről van szó, valójában már több tucat nagyszerű könyv áll rendelkezésre. Most csak egy kis áttekintést nyújtunk a leggyakrabban tárgyalt hangszóró-paraméterekről. A hangszóró paraméterei, amelyeket gyakran Thiele/Small paramétereknek neveznek, elektromechanikus mérések halmaza, amelyek felhasználhatók egy akusztikus jelátalakító alacsony frekvenciájú teljesítményének meghatározására. Ezen paraméterek és egy sor számítás segítségével előre jelezhető az adott hangszóró teljesítménye egy bizonyos hangsugárzó-kabinetben. Amikor a „rendszerről” beszélünk, magára a hangszóróra és arra a hangsugárzó-kabinetre (házra) gondolunk, amelybe a hangszórót telepíteni kívánjuk. Minden hangszóróház felüláteresztő szűrőként működik, és csökkenti a hangszóró alacsony frekvenciájú energiáit. Ezért a csökkent teljesítményért fizikai teljesítmény kezelést nyerünk cserébe. Számítások segítségével megjósolhatjuk, hogy a rendszer majd mennyi alacsony frekvenciájú információt produkál. Mint említettük, a hangszóró membrán mozgását ellenőriznünk kell, hogy elkerüljük a torzítást és a károsodást. Megjósolhatjuk, hogy a membrán mennyit fog elmozdulni adott teljesítmény mellett.
A hangszóró rezonancia frekvenciája – Fs. A hangsugárzó mozgó alkatrészeinek elemzése szempontjából tudnunk kell, hogy a pille és a lengőcséve rugalmassága milyen gyakorisággal kombinálódik a membrán és a porvédő sapka tömegével, hogy az a legtöbb energiát tárolja. Ezen a frekvencián, egy adott bemeneti feszültség hatására, a rendszer a legtöbb energiát felváltva tárolja, majd felszabadítja.
Megfelelési mennyiség – Vas. Ahhoz, hogy megértsük, milyen merev a pille és a membrán perem, összehasonlítjuk ezeket a levegő-mennyiséggel, amely ellenállást fejt ki a mozgással szemben. Mivel a levegő könnyen összenyomható, a magas Vas specifikáció nagyon lágyan felfüggesztett membránt jelent. Ezzel szemben egy alacsony Vas hangszórónak nagyon merev a felfüggesztése.
A Qes. A Q-tényező megértése kissé nehézkes, mivel dimenzió nélküli érték. Lényegében a Q-tényező a rezonáns rendszer csillapítási jellemzőjét írja le. A magasabb Q kisebb energiaveszteséget jelent a rendszerben tárolt teljes energiához képest. Az alacsony súrlódású szerkezet Q-értéke magas lesz. Fontos szempont, hogy a magas Q rendszereknél kisebb a csillapítás, és ezért tovább rezegnek. A Qes specifikáció leírja, hogy a lengőtekercs és a mágnes szerelvény mekkora csillapítást vált ki mozgó membránon. Ahogy a tekercs elhalad a mágnes mellett, elektromos áramot termel vissza(!) Ez az áram a hangszóró rezonancia frekvenciáján éri el csúcsértékét, és „ellentart” az erősítő által biztosított áramnak. Az eredmény: az impedancia jelentős növekedése a rezonancia frekvencián.
A hangszóró mechanikus Q-értéke Fs-nél – Qms. Ahogy a hangszóró elektromos jellemzői ellentmondanak a membrán mozgásnak, a hangszóró mechanikai tulajdonságai is hasonló hatást fejtenek ki. A Qms leírja a pillétől és a környezetből származó mechanikai veszteségeket. A magas Qms érték alacsonyabb mechanikai veszteségeket, míg az alacsony Qms érték nagyobb veszteségeket ír le.
A teljes rendszer Q-értéke Fs – Qts. Ez az egység nélküli mérés a hangszóró mechanikai és elektromos jellemzőinek matematikai kombinációja. Egyszerűen fogalmazva, a Qts-t úgy számítjuk ki, hogy a hangszóró teljes tárolt energiáját elosztjuk a hangszóróban rezonanciakor disszipált energiával.
A membrán felfüggesztés megfelelősége – Cms. A Cms specifikáció a felfüggesztés merevségét írja le méter/newton. A merevebb felfüggesztés, egy adott mennyiségű erő mellett, kisebb távolságot biztosít az elmozduláshoz.
A hangszóró membrán hatékony felülete – Sd. Ez a paraméter a hangszóró tényleges „méretét” írja le. Mindannyian tisztában vagyunk azzal, hogy a membrán mozgatja a levegőt, de számolnunk kell a kabinet tulajdonságainak (alapanyag rezonancia, merevítés, stb.) hozzáadásával is.
A membrán és a mozgó alkatrészek tömege – Mms. Az Mms specifikáció leírja a hangszórómembrán tömegét, valamint a pille és a hangdoboz viszonyának egy részét. Az Mmd specifikációtól eltérően az Mms-től tartalmazza a membránnal érintkező levegő által okozott akusztikus terhelést. A legtöbb esetben az értékek hasonlóak, de ahogy a membrán felületét növeljük, úgy nő az Mms értéke is, Mmd-hez viszonyítva.
Maximális kimozdulási szint – Xmax. Ezt a paramétert gyakran félreértelmezik, pedig meghatározó tényező, ez a hangszórómembrán elmozdulásának mértéke. A korai számítások olyan képletet használtak, amely kivonta a lengőtekercs hosszúságát a mágneses rés hosszából, majd elosztotta 2-vel. Ez a érték leírja, hogy a hangszórómembrán milyen messzire tud elmozdulni, mielőtt a tekercs kijön a résből. A későbbi vizsgálatok azt mutatták, hogy a non-lineáris viselkedés a hangszóró kialakításban máshol nagyobb hatású a membrán mozgási határaira. Ez azt sugallja, hogy az Xmax legyen az egyirányú kitérési távolság, amely 10%-os torzítási szintet jelent. Ez a teljesítmény-orientált specifikáció sokkal inkább jelzi a hasznos működési tartományt, de sokkal nehezebb megállapítani.
Ebben a cikkben csak azokat az alapvető paramétereket ismertettük, amelyeket általában egy hangszóró alacsony frekvenciájú teljesítményének előrejelzésére használnak. Más paraméterek, mint például az induktivitás, fontosabbá válnak magasabb frekvenciákon. Az olyan paraméterek, mint a névleges impedancia (Znom), az érzékenység és a hatékonysági sávszélesség szorzata (EBF) a fenti specifikációkat használó egyenletek segítségével származtathatók. Túlméretezett „ládában” lévő mélysugárzó lötyögő hangot ad, egy kis hangszóró-dobozba zsúfolt közép-hangsugárzó jelentős frekvencia-csúcsot és ehhez kapcsolódó torzítási csúcsot okozhat. Az eredmény meglehetősen kedvezőtlen. A megfelelő tervezés minden esetben szimulációt igényel.
Tehát, hangsugárzót tervezni nem egyszerű dolog.
