Spojrzenie na zakres częstotliwości akustycznych i komponenty audio

Zakres akustyczny i kwestie dotyczące obudowy

Zakres akustyczny może wpływać na konstrukcję obudowy na kilka sposobów, jak opisano w poniższych sekcjach.

Rozmiar głośnika

Mniejsze głośniki drgają szybciej w porównaniu z większymi, dzięki czemu mogą wytwarzać wyższe częstotliwości z mniejszą ilością niepożądanych harmonicznych. Jednak próbując osiągnąć podobny poziom ciśnienia akustycznego (SPL) przy niższych częstotliwościach, jak przy wyższych tonach, aby przemieścić wystarczającą ilość powietrza, potrzebne są większe membrany. Podczas gdy większe membrany są znacznie cięższe, zwykle nie stwarza to problemu przy niższych częstotliwościach, gdyż poruszają się znacznie wolniej.

Wybór między mniejszym lub większym głośnikiem będzie ostatecznie zależeć od wymagań konkretnego zastosowania, ale mniejsze głośniki to zwykle mniejsza obudowa, a to z kolei oznacza możliwość obniżenia kosztów i zaoszczędzenia miejsca. Więcej informacji na ten temat zawiera artykuł „Jak zaprojektować obudowę mikrogłośnika” na blogu firmy CUI Devices.

Częstotliwość rezonansowa

Częstotliwość rezonansowa to naturalna częstotliwość drgań danego obiektu. Struny gitarowe po szarpnięciu drgają z częstotliwością rezonansową, co oznacza, że gdyby obok struny gitarowej umieszczono głośnik grający jej częstotliwość rezonansową, struna gitarowa zaczęłaby drgać i z czasem zwiększać amplitudę. Jednak w przypadku dźwięku to samo zjawisko może prowadzić do niepożądanego brzęczenia i zakłóceń z otaczającymi obiektami. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w artykule poświęconym rezonansowi i częstotliwości rezonansowej opublikowanym na blogu firmy CUI Devices.

Aby uniknąć posiadania głośnika zarówno z nieliniowymi parametrami wyjściowymi, jak i niepożądanymi harmonicznymi, przy projektowaniu obudowy ważne jest sprawdzenie, czy obudowa nie ma naturalnej częstotliwości rezonansowej w tym samym widmie, co zamierzone sygnały wyjściowe.

Kompromisy materiałowe

Konstrukcja głośnika i mikrofonu zapewnia delikatną równowagę między komponentami, które muszą pozostać nieruchome, elastyczne i sztywne podczas ruchu. Membrana (lub kopułka) głośnika powinna być lekka, aby umożliwić szybką odpowiedź, a jednocześnie pozostać tak sztywna, jak to możliwe, aby uniknąć deformacji podczas ruchu. W głośnikach firmy CUI Devices powszechnie stosuje się papier i mylar. Oba te materiały są zarówno lekkie, jak i sztywne. Mylar, jako rodzaj tworzywa sztucznego, ma również tę dodatkową zaletę, że jest odporny na wilgoć. Kauczuk jest stosowany nie tylko w membranie, ale także do łączenia membrany z ramą. Aby zapobiec pękaniu z powodu ekstremalnych ruchów, materiał ten musi być mocny i giętki, aby nie ograniczał ruchu membrany.

Ilustracja 3: Podstawowa konstrukcja głośnika. (Źródło ilustracji: CUI Devices)

Te same kompromisy można również zauważyć, porównując technologie mikrofonowe. Elektretowe mikrofony pojemnościowe i mikrofony mikroelektromechaniczne (MEMS) zapewniają użytkownikom trwałość, kompaktowość i niską moc, ale też bardziej ograniczoną częstotliwośc i czułość. Z drugiej strony mikrofony wstążkowe oferują lepszą czułość i zakres częstotliwości, ale mają niższą trwałość.

Dobór materiału jest także bardzo ważny przy projektowaniu obudowy, gdyż wpływa on na rezonans, jak i pochłanianie dźwięku. Głównym celem obudowy jest tłumienie przesuniętego w fazie dźwięku generowanego do tyłu, co oznacza, że wybrany materiał musi skutecznie pochłaniać dźwięk. Jest to szczególnie ważne w zastosowaniach dźwiękowych o niższych częstotliwościach, gdzie tłumienie jest trudniejsze.

Podsumowanie

Ostatecznie bardzo niewiele systemów audio, a praktycznie żadne indywidualne akustyczne urządzenia wyjściowe nie są w stanie objąć całego widma akustycznego z dowolnym poziomem wierności. Ogólnie rzecz biorąc, większość zastosowań nie wymaga tego poziomu wierności i prawdopodobnie idealnie liniowe parametry wyjściowe nie są potrzebne. Jednak zrozumienie zakresu częstotliwości akustycznych nadal będzie odgrywać ważną rolę w wyborze odpowiedniego komponentu audio do projektu. Dzięki temu inżynierowie mogą lepiej rozważyć kompromisy między kosztami, rozmiarami i wydajnością. Firma CUI Devices zapewnia szereg rozwiązań audio o różnych zakresach częstotliwości do wielu różnych zastosowań.

Autor: Jeff Smoot, VP of Apps Engineering and Motion Control at CUI Devices

Źródło ©: www.digikey.pl

Kontakt w Polsce

Arkadiusz Rataj

Sales Manager Central Eastern Europe & Turkey

Digi-Key Electronics Germany

0048 696 307 330

arkadiusz.rataj@digikey.com

poland.support@digikey.pl