Arskama.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство динамика как двигатель

Программно-аппаратное моделирование

Программно-аппаратное моделирование (ПАМ, англ. hardware-in-the-loop simulation ) представляет собой метод, который используется в разработке и испытании сложных встроенных систем реального времени. ПАМ обеспечивает эффективную платформу, при помощи добавления сложной системы управления для тестирования платформы. Сложная система управления присутствует на этапе тестирования и разработки, так как добавлено математическое представление всех связанных динамических систем. Это математическое представление называют «Программное моделирование». Встроенная система взаимодействует с этим программным моделированием и позволяет тестировать её.

Содержание

  • 1 Как ПАМ работает
  • 2 Почему следует использовать Программно-аппаратное моделирование?
    • 2.1 Повышение качества тестирования
    • 2.2 Плотный график разработки
    • 2.3 Высокая стоимость на реальные испытания
    • 2.4 Проработка процессов под человека
  • 3 ПАМ в Автомобильных Системах
  • 4 ПАМ в Силовой Электронике
  • 5 ПАМ в Радарах
  • 6 ПАМ в Робототехнике
  • 7 ПАМ для Энергосистем
  • 8 Примечания
  • 9 См. также

Как ПАМ работает [ править | править код ]

ПАМ включает в себя электрически эмулируемые датчики и приводы. Они выступают в качестве интерфейса между инструментом моделирования и встроенной тестируемой системой. Значение каждого датчика контролируется программной средой и считывается тестируемой системой. Также, встроенная тестируемая система осуществляет свои алгоритмы с помощью сигналов, подаваемых на привод. Изменения в этих сигналах приведут к изменениям в значениях нашей программной среды.

Например, ПАМ может быть использовано в разработке автомобильной АБС, которая может иметь математическое представление для каждой подсистемы:

  • Динамика автомобиля, например подвеска, колёсные диски, шины, крен, передачи и рыскание;
  • Динамика гидравлических компонентов тормозной системы;
  • Дорожные характеристики

Почему следует использовать Программно-аппаратное моделирование? [ править | править код ]

Во многих случаях, самым эффективным способом разработки встроенной системы является подключение её к реальной модели. В остальных случаях, ПАМ будет более эффективным. Метрика разработки и эффективность тестирования зависит от следующих факторов:

  1. Стоимость
  2. Срок действия
  3. Безопасность
  4. Выполнимость

Стоимость подхода должна регулироваться стоимостью всех инструментов и усилий. Продолжительность разработки и тестирования влияет на время выхода продукта. Коэффициент безопасности и продолжительность разработки напрямую влияют на стоимость продукта. Целесообразно использовать ПАМ, когда нам нужно повысить качество тестирования, уменьшить влияние человеческого фактора, мы имеем плотный график разработки или высокая стоимость на реальные испытания.

Повышение качества тестирования [ править | править код ]

Использование ПАМ повышает качество тестирования, увеличивая объём тестируемых процессов. В идеале, встроенная система будет тестироваться реальными процессами, которые, как правило, сами накладывают ограничения в плане объёма тестируемых данных. Например, тестирование блока управления двигателем, как настоящий процесс может создать следующие опасные условия для инженера-испытателя:

  • Тестирование на уровне или за пределами диапазона определённых параметров ECU (параметры двигателя и т. д.)
  • Тестирование и проверка системы при условиях сбоя

В вышеупомянутых испытаниях, ПАМ обеспечивает эффективный контроль и безопасную среду, где инженер-испытатель или приложение может сосредоточиться на функциональности устройства.

Плотный график разработки [ править | править код ]

Плотный график разработки, связанный с большинством новых автомобильных, аэрокосмических и оборонных программ не позволяет встроенным программам ожидать появления прототипов. На самом деле предполагается, что ПАМ будет использоваться параллельно с развитием процессов. Например, к тому времени когда новый прототип автомобильного двигателя будет доступен для тестирования системы управления, 95 % тестирования устройства будет завершено с помощью ПАМ. Аэрокосмическая и оборонная промышленности, ещё больше заинтересованы в плотном графике. Программы развития самолётов и наземных транспортных средств используют настольные приложения и ПАМ для проектирования дизайна, тестирования и интеграции параллельно.

Высокая стоимость на реальные испытания [ править | править код ]

Во многих случаях реальные испытания стоят дороже высококачественного воспроизведения процесса в режиме реального времени. Таким образом, более экономично для разработки и тестирования-подключение к ПА симулятору, чем реальные испытания процесса. Для производителей реактивных двигателей, ПАМ является фундаментальной частью развития двигателя. Развитие Электронно-цифровой системы управления двигателем (ЭСУД) для реактивных двигателей самолётов является ярким примером большой экономии при использовании ПАМ, так как каждый реактивный двигатель может стоить миллионы долларов. В противовес этому, симулятор ПАМ предназначен для проверки полной линейки реактивных двигателей производителя, и может потребовать лишь десятую часть стоимости одного двигателя.

Проработка процессов под человека [ править | править код ]

Моделирование ПАМ — ключевой шаг в процессе обработки человеческих факторов, метода обеспечивающего удобство пользования и эргономики программного обеспечения. Для технологии в реальном времени разработка человеческих факторов — задача сбора данных об удобстве пользования для человека, в процессе тестирования будущего интерфейса.

Пример тестирования удобства пользования — разработка дистанционных средств управления полетом. Дистанционные средства управления полётом устраняют механические связи между средствами управления и приборами регулирования самолёта. Датчики получают данные в реальном времени о настоящих параметрах и затем регулируют их до заданных, используя двигатели, дистанционно. Поведение ЭДСУ полётом определено алгоритмами управления. Изменения в параметрах алгоритма могут привести к большим или незначительным изменениям параметров полёта, чем тем что ожидались при введении данных. Аналогично, изменения в параметрах алгоритма могут также привести к большим или незначительным изменениям в силовых параметрах, в отличие от тех что ожидались при их задании. Корректные значения параметров — субъективная мера. Поэтому, важно провести много тестов, чтобы получить оптимальные их значения.

В случае средств управления полётом, ПАМ используется, чтобы моделировать человеческие факторы. Средство моделирования полёта включает в себя моделирование аэродинамики, толчка механизма, условий окружающей среды, динамики управления полётом и т. д.. Средства управления полётом соединены со средством моделирования, и лётчики-испытатели оценивают производительность полёта, с различными параметры алгоритма.

Альтернатива ПАМ для человеческого фактора и разработки удобства пользования должна совмещать прототипные средства управления полётом самолёта и тест для удобства пользования во время лётного испытания. Этот подход перестал работать при измерении трёх упомянутых выше условий. Стоимость: Летное испытание чрезвычайно дорогостоящее, и поэтому цель состоит в том, чтобы минимизировать любую разработку, происходящую с этим испытанием. Продолжительность: Разработка средств управления полётом с лётным испытанием расширит продолжительность программы создания самолёта. При помощи моделирования ПАМ могут быть разработаны средства управления полётом задолго до того, как реальный самолёт станет доступен. Безопасность: При помощи лётного испытания для проработки критических моментов, ПАМ имеет на фоне живого тестирования непревзойденный плюс, а именно -полную безопасность. Если ошибки присутствуют в проекте прототипных средств управления полётом, результатом могла бы быть аварийная посадка. Выполнимость: Может быть невозможно исследовать определённые критические ситуации (например, последовательности пользовательских действий с точностью до миллисекунды) с настоящими пользователями, управляющими устройством(проектом). Аналогично для проблематичных точек в пространстве параметров, которое может быть не легко достижимым с реальным устройством, но должно быть протестировано чтобы быть уверенными в реальных параметрах рассматриваемого объекта.

ПАМ в Автомобильных Системах [ править | править код ]

В контексте применения в автомобильной промышленности «Программно-аппаратные моделируемые системы, обеспечивают такую виртуальную машину для валидации и верификации систем.» [1] Поскольку в автомобиле, при вождении, тестирование для оценки производительности и диагностики функциональных возможностей системы управления двигателем часто долго, дорого и не воспроизводимо, ПАМ позволяет разработчикам проверить новое оборудование и программное обеспечение автомобиля, соблюдая требования к качеству и ограничения времени выхода на рынок. В типичном ПАМ динамика двигателя эмулирована от математических моделей, выполненных выделенным процессором в реальном времени. Кроме того, устройство ввода/вывода позволяет подключать датчики автомобиля и приводы (в которых, как правило, присутствует высокая степень нелинейности). Наконец, Электронный Блок Управления (ECU) в условиях тестирования, подключен к системе и стимулируется рядом манёвров транспортного средства, выполненных симулятором. В этот момент, ПАМ также предлагает высокую степень выполнимости в процессе тестирования.

ПАМ в Силовой Электронике [ править | править код ]

Программно-аппаратное моделирование для систем силовой электроники является следующим шагом в эволюции ПАМ технологий. Способность проектировать и автоматически тестировать системы силовой электроники с помощью ПАМ позволяет снизить время разработки, увеличить эффективность, улучшить надёжность и безопасность этих систем. В самом деле, силовая электроника является высокоэффективной технологией для гибридных электрических транспортных средств, электрических транспортных средств, ветровых турбин с переменной скоростью, солнечных батарей, промышленной автоматизации, электрических поездов и т. д. Есть по крайней мере три причины использовать ПАМ для силовой электроники:

  • использование ПАМ сокращает цикл разработки
  • даёт возможность широко испытывать управление оборудования и программное обеспечение в целях удовлетворения требованиям безопасности и качества
  • позволяет предотвращать дорогостоящие и опасные дефекты.

Вопрос в том, почему системы силовой электроники настолько разные, учитывая что ПАМ было использовано в аэрокосмической и автомобильной промышленности десятилетиями? Дело в том, что системы силовой электроники представляют собой класс динамических систем, которые обладают чрезвычайно быстрой динамикой из-за высокочастотной коммутации действий выключателей силовой электроники (например, транзисторы, тиристор с интегрированным управлением, диоды и др.). Моделирование переключения модуляции в режиме реального времени требует высокую цифровую скорость процессора и задержки, которые действительно могут быть выполнены вне-шельфа компьютерных систем и технологий FPGA/CPU платформ, делая его в 100 раз быстрее, чем традиционные вычислительные методы добиваясь высокой разрешаюшей способности ПАМ для силовой электроники.

Читать еще:  Чем заменить двигатель ga16

ПАМ в Радарах [ править | править код ]

ПАМ для моделирования радарных систем произошли от радиолокационных помех. Цифровое запоминающее устройство радиочастот (DRFM) обычно используются для создания ложных целей, чтобы запутать радар на поле боя, но эти же системы могут имитировать цель в лаборатории. Эта конфигурация позволяет проводить тестирование и оценку радарных систем, снижая потребность в лётных трассах (для бортовых систем) и в полевых испытаниях (для поиска или слежения радаров), и может определить восприимчивость радара к радиоэлектронной борьбе.

ПАМ в Робототехнике [ править | править код ]

Методы ПАМ были недавно применены для автоматической генерации сложных контроллеров для роботов. Робот использует собственные аппаратные средства для извлечения показателей датчиков, а затем использует эти данные, чтобы вывести физическую симуляцию, содержащую такие аспекты, как собственную морфологию, а также характеристики окружающей среды. Алгоритмы, такие как возвращение к реальности и оценка исследования были предложены в данном контексте.

ПАМ для Энергосистем [ править | править код ]

В последние годы, ПАМ для энергосистем было использовано для проверки стабильности, эксплуатации и отказоустойчивости крупномасштабных электрических сетей. Платформы обработки текущего поколения имеют возможность моделировать крупномасштабные энергетические системы в режиме реального времени. Это включает в себя системы с более чем 10000 автобусами с связанными генераторами, грузами, устройствами корректирующие коэффициент мощности и сетевые соединения. Эти платформы позволяют оценивать крупномасштабные энергетические системы в реалистичной среде эмулятора. Кроме того, ПАМ для энергосистем был использован для исследования интеграции распределённых ресурсов, систем следующего поколения SCADA и мощностью блоков управления, а также статических синхронных компенсаторов устройств.

СОВЕТЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЮ. АКУСТИКА

Двигатели звука

На протяжении долгого периода времени — нескольких десятилетий — устройство динамиков кардинально не менялось. В связи с техническим прогрессом менялись лишь материалы, из которых производились те или иные составные части. Правда, это происходило лишь в среднем и верхнем ценовых сегментах, а в нижнем все остается без каких-либо заметных изменений и по сей день. Естественно, что все упирается как в себестоимость самих материалов, так и в издержки на разработку и постановку компонентов на конвейер. Очень важно при разработке новых технологических приемов не потерять тот иллюзорный баланс цены и качества, который, собственно, и является ключом к сердцу покупателя.

За последние годы производители акустических систем значительно расширили спектр предлагаемых вариантов и моделей. Поэтому, охватить в данной статье все типы динамиков и производственных материалов, естественно, не удастся. Остановимся лишь на самых распространенных вариантах и рассмотрим их преимущества и недостатки. Но вначале все же стоит вкратце рассказать об устройстве самих динамиков.

Внутри некой магнитной системы размещается катушка, обмотанная проводом. На нее непрерывно воздействует магнитное поле. Под действием этого поля катушка постоянно совершает возвратные продольные движения с частотой, зависящей от подаваемого на нее напряжения. К катушке присоединен диффузор, который во время колебаний и воспроизводит звук.

Наиболее распространенные размеры динамиков – 6, 8, 10, 12, 15 и иногда 18 дюймов. Чем больше по диаметру динамик, тем более низкие частоты он может воспроизводить. Соответственно, маленькие динамики в большинстве случаев играют роль ВЧ (как дополнение к пищалке) и СЧ, а крупные – НЧ в сабвуферах. Одним из важных элементом динамика является рама, при помощи которой он собственно и крепится. Чем больше и тяжелее сам магнит, тем прочнее должна быть крепежная рама. Чаще всего встречаются два типа рам – литые алюминиевые (в дорогих системах) и штампованные из листовой стали (в более дешевых вариантах или при небольшой мощности).

Не менее важен и сам магнит. Самый распространенный и довольно качественный – это керамический магнит. Также неплохим выбором могут стать магниты из различных сплавов (кобальт, ниодим, самрий). И опять же, чем он больше и массивнее, тем глубже будет бас. Помимо всего прочего, при выборе акустики стоит обратить внимание на то, есть ли в магните вентиляционное отверстие для охлаждения динамика, особенно для систем с высокой мощностью. К слову сказать, последнее время в охлаждающих системах динамиков все чаще используется специальная жидкость. К сожалению, она демпифрует подвижность магнита, поэтому плюс это или минус сказать сложно.

Теперь перейдем к диффузорам. У СЧ динамика он должен быть не очень глубоким; у НЧ – поглубже. Было бы совсем неплохо, если б диффузор был усилен несколькими ребрами жесткости. В связи с тем, что диффузор НЧ динамика испытывает высокие нагрузки, то он должен быть сделан из плотного материала. Одними из лучших на сегодняшний день являются НЧ диффузоры из кевлара благодаря высокой прочности и долговечности. Для СЧ диффузоров ответ не столь однозначен. До сих пор производители, да и сами пользователи не могут прийти к согласию — что лучше, пластик или бумага. С одной стороны, бумажные диффузоры «натуральнее» и «теплее» передают звук, чем пластиковые. С другой, они намного быстрее изнашиваются и высыхают и обычно тяжелее пластиковых, поэтому хуже воспроизводят импульсные сигналы (например, удары и «взрывы»). Так что на сегодняшний день однозначно сказать какой материал лучше сложно.

Ну и напоследок стоит сказать немного о подвесах. Во-первых, чем больше жесткость верхнего подвеса, тем больше будет чувствительность динамика. Во-вторых, подвес должен быть еще и гибким, чтобы обеспечивать высокую подвижность диффузора. Обычно используются 3 вида подвесов: пилообразный, полутор и синусоидальный. Пилообразный достаточно жесток, чтобы выдержать нагрузку 200 Ваттного НЧ/СЧ динамика. Синусоидальный – крайне жесткий и обычно используется в НЧ громкоговорителях сабвуфероф. Ну а двойной полутор обладает большой гибкостью, позволяя НЧ или СЧ диффузору свободно колебаться.

В общем и целом, хотя выбор динамиков на рынке акустических систем довольно-таки широк, главное, чтобы они были качественно сделаны. Естественно, что не стоит ожидать от дешевых китайских колонок того же качества звучания, что и от известных производителей. Да и цена играет немаловажную роль, так как при высоком значении дает разработчикам и производителям простор для фантазии. Самое главное, что из чего бы ни была сделана акустическая система, от какого бы она ни была производителя, важно, чтоб ее звук нравился именно вам. И нередко можно встретить случаи, когда система, которая чуть ли не в два раза дешевле своего аналога, нравится намного больше, чем более продвинутая модель. Как говорится, на вкус и цвет…

Как выбрать колонки – часть 2

Что такое колонка? Традиционное представление – это «ящик, в который вставлены динамики». Подобная картина не так уж далека от истины, но чтобы получить действительно хорошую колонку, одного ящика и динамиков недостаточно. Впрочем, это та основа, от которой попробуем оттолкнуться и мы.

Сохранить и прочитать потом —

Устройство и принцип работы динамика


Устройство динамика

Традиционному динамическому излучателю вот уже лет сто, но на покой он даже не собирается. Конструкция его в целом незатейлива, но имеет массу нюансов. В корзине динамика закреплены магнитная система и диффузор (звукоизлучающая мембрана) со звуковой катушкой, центрирующей шайбой и подвесом. Ток от усилителя проходит через катушку, та заставляет колебаться магнитную систему и прикреплённый к ней диффузор. А тот, в свою очередь передаёт колебания воздуху. Долетая до наших ушей (и не только) эти воздушные колебания (звуковые волны) становятся для нас музыкой, человеческой речью, громовыми раскатами и так далее.

Жёстче и легче

Усилия разработчиков мембран динамиков направлены на достижение одной цели: увеличение жёсткости диффузора и одновременно – снижение его массы. Если диффузор оказывается слишком тяжёл и слишком мягок, он не способен точно следовать за перемещением магнитной катушки. Он просто не успевает полностью отклониться и вернуться, а изгибные колебания порождают призвуки и дополнительное окрашивание звука. При этом крайне желательно, чтобы собственные резонансы были малы либо находились за пределами рабочего диапазона частот.

Классическими материалами для изготовления диффузора считаются целлюлоза для низкочастотных динамиков и шёлк для высокочастотных. Однако сейчас, кроме них, активно применяются и пластик, и металл, и прочая экзотика.


Конструкция диффузора, изготовленного по технологии RDT II

Отдельно стоит отметить гибридные конструкции: например, когда на основу из привычного бумажного конуса крепится алюминиевый полигональный (ELAC Concentro AS-XR). Ещё один вариант «сэндвича» – сотовый арамид с внутренним слоем из углеволокна и внешним из сплава алюминия и магния с керамическим покрытием (Monitor Audio Platinum RDT II). По сравнению с традиционными «однородными» решениями, такая «комбинированная» диафрагма легка, прочна и способна быстрее реагировать на сигнал, не деформируясь.

Читать еще:  Двигатель бмв е83 своими руками

Классическая конструкция – многополосные колонки

В первой части мы уже говорили о широком частотном диапазоне, который обеспечивает более полное и естественное звучание акустической системы. Воспроизвести его одним динамиком практически невозможно, отсюда и появляются самые различные многополосные конструкции, состоящие из нескольких динамиков, каждый из которых отвечает за свою частотную полосу общей звуковой картины. Однако в таких системах используются разделительные фильтры (кроссоверы), в процессе работы которых вероятно возникновение нежелательного эффекта: динамики разных полос могут начать работать несинхронно, один будет запаздывать относительно другого.


Акустическая система классической многополосной конструкции

Разработки же широкополосного динамика, в которых не нужен кроссовер, пока не дают приемлемых результатов: фактически, ни один из подобных образцов не лишён ограничений как по краям АЧХ (что приводит к искажениям сигнала самых низких и самых высоких частот), так и по перегрузочной способности (возможности колонки адекватно воспроизводить музыкальный сигнал на высокой громкости).

Другой проблемой многополосной конструкции, порождаемой разнесением в пространстве динамиков, воспроизводящих звуковые волны разных диапазонов, могут стать интерференционные волновые искажения (усиление звуковых колебаний в одних точках пространства и ослабление их в других точках в результате наложения двух или нескольких звуковых волн), знакомые нам ещё по школьному курсу физики.

С этой проблемой помогает справиться коаксиальная конструкция динамика, которая подразумевает расположение твитера на акустической оси вуфера. Её можно назвать неким промежуточным вариантом между обычной многополосной системой и широкополосным излучателем: кроссовер в составе колонки по-прежнему присутствует, а вот источник излучения можно считать точечным.

С учётом возраста концепции динамического излучателя и, как следствие, накопленных в отношении него опыта и знаний, сегодня он – нечто вроде кинескопного телевизора на пороге появления плазмы (ну или как двигатель внутреннего сгорания накануне прихода «Теслы»). Понятно, что новые технологии рано или поздно победят (об этом – ниже), но сейчас они ещё в начале пути, а динамик – на пике формы. Так что если вам нужна громкость и не нужны искажения, вдобавок желательны широкий частотный и динамический диапазоны (разница между самым тихим и самым громким звуками, которые способна воспроизвести система) – то ответ может быть только один: многополосная диффузорная классика.

Что же обычно противопоставляется диффузорному динамику?

Чаще всего – различные плёночные излучатели, в первую очередь – ленточные и электростатические. Металлическая или металлизированная лента имеет крайне низкое сопротивление, поэтому для работы с усилителем ей требуется согласующий трансформатор с широкой АЧХ и малыми потерями, а большая площадь поверхности излучения подразумевает большое количество мощных стержневых магнитов, что существенно увеличивает стоимость готового изделия.


Ленточный твитер в разрезе

Изодинамический излучатель – это вариант ленточного, в нём на пленку нанесена токопроводящая дорожка в форме меандра, за счет длины которой сопротивление вырастает до приемлемых значений. Если же плёнку сложить гармошкой, получится излучатель Хейла, в числе преимуществ которого – большая прочность (за счёт ребер жёсткости) и громкость (по причине большей площади излучающей поверхности). Именно такие ВЧ-излучатели используются в некоторых колонках ELAC: мы в своё время уже писали о твитерах этой компании.

В электростатических излучателях плёнка закреплена между перфорированными статорами, на них подаётся высокое напряжение и возникающее электростатическое поле двигает мембрану.


Акустические системы с электростатическими излучателями

Преимуществом плёночных излучателей является относительно низкая величина нелинейных искажений, а недостатки – сложный характер нагрузки для усилителя, узкая и одновременно дипольная диаграмма направленности, но самое главное – очевидный недостаток НЧ-составляющей. Попытки решить эту проблему гибридными схемами с использованием диффузорного НЧ-звена выявляют ещё одну особенность плёнки: она является линейным источником звука с плоским фронтом волны. Динамик же – точечный источник со сферическим фронтом. В первом случае имеем падение уровня звукового давления при удвоении расстояния на 3 дБ, во втором – на 6 дБ.

В природе существуют и гораздо более экзотические излучатели – например, роторный сабвуфер или ионофон. Но их специализация – узкие диапазоны АЧХ. Да и используются в серийных продуктах они крайне редко.

Поэтому мы переходим к акустическому оформлению.

Звуковая волна, которую мы слышим, возникает благодаря колебанию диффузора динамика. Для правильного воспроизведения требуется, чтобы для всех слышимых частот звуковое давление было одинаково. Однако принципиальная проблема всех динамиков заключается в том, что они излучают звук как вперёд, так и назад с одинаковой интенсивностью. Чтобы устранить эту проблему, динамической головке создают акустическое оформление, то есть помещают в корпус.

Пожалуй, самый старый и самый известный тип акустического оформления – это рупор.

Рупор (постоянно расширяющаяся труба) с древних времён был естественным средством усиления звука, обладающим очень высоким КПД. Однако его сечение увеличивается по экспоненте, и чем ниже воспроизводимая частота, тем большим должен быть размер выходного отверстия: уже на 60 Гц потребуется раструб диаметром 1.8 м!


Рупорные акустические системы способны поразить своими габаритами

К тому же, имеет место характерная рупорная окраска звучания, особенно заметная в вокальных партиях. Побороть эти недостатки удаётся только в очень дорогих и громоздких конструкциях.

Так какой же корпус самый правильный?

В идеале – тот, которого нет. Такой вариант называется бесконечным экраном. Он подразумевает, что воздух с тыльной стороны диффузора не препятствует его движению и, в то же время, излучение этой тыльной стороны никак не влияет на излучение фронтальной, находящейся с ним в противофазе. Другими словами, в практической реализации – это закрытый ящик такого объёма, влиянием воздуха в котором при движении диффузора можно пренебречь. А для какого-нибудь солидного вуфера это, поверьте мне, очень и очень немало.


Бесконечный экран и изобарическая схема

Решить эту задачу можно путём установки внутрь корпуса второго НЧ-динамика, аналогичного первому, то есть наружному.

При их параллельном подключении к усилителю нагрузка на тыльную сторону диффузора внешнего динамика будет компенсироваться аналогичными колебаниями внешней стороны диффузора динамика внутреннего. Этот вариант акустического оформления называется изобарическим. Минусы? Динамиков для колонки нужно вдвое больше, и усилителю работать с двумя динамиками вдвое сложнее.

Можно попытаться рассеять излучение тыльной стороны динамика с помощью так называемой трансмиссионной линии –

лабиринта, отделанного звукопоглощающим материалом. Это акустическое оформление также называют четвертьволновым резонатором (вспомните колонки Cambridge Audio R50), по той простой причине, что для эффективной работы до определенной частоты его длина должна составлять не менее четверти длины волны этой частоты, например для заветных 20 Гц это больше 4 м. В этом случае банальный корпус превращается в самое настоящее произведение столярного мастерства с вытекающей из него стоимостью.

В итоге, наиболее доступным оказывается использование порта фазоинвертора,

принцип работы которого отражается в его названии. Установленная в корпус колонки трубка строго рассчитанной длины и диаметра обеспечивает поворот фазы излучения тыльной стороны динамика до его совпадения с фазой излучения фронтальной стороны.


Наиболее распространённые варианты акустического оформления: закрытое (1), фазоинвертор с простым отверстием (2), фазоинвертор в виде трубы (3), лабиринт (4)

Иногда, чтобы минимизировать возможные призвуки воздушного потока через порт, его закрывают пассивным радиатором, то есть фактически – ещё одним динамиком, но без магнитной системы.

Обобщим.

Главный критерий выбора колонок – это качество их звучания, воспринимаемого лично вами. В процессе выбора не должно превалировать мнение продавца или восторженные пассажи журнальных статей.

Все остальные нюансы, изложенные нами выше, важны в том случае, если вы уверены в их правильной для себя интерпретации. Другими словами, можно выбирать колонки исходя, например, из материалов диффузоров или конструкции разделительных фильтров, но только тогда, когда вам однозначно ясно их влияние на то звучание, которое вы ищете.

Естественно, для оценки звучания необходим личный опыт прослушивания той или иной модели. И если ставить перед собой реальные цели, я бы отводил на подготовительный этап две-три недели и закладывал бы в roadmap посещения салонов не более пяти наиболее привлекательных лично вам образцов. Выбор из десятков различных моделей колонок рискует превратиться в бесконечный аттракцион, поэтому имеет смысл изначально задать себе строгие ценовые и функциональные рамки и действовать исключительно в их пределах.

Качество звучания – безусловно, главный, но не единственный критерий оценки. Обязательно обращайте внимание на внешность колонок: ведь эстетическая составляющая также играет важную роль. И гармонично вписывающиеся в интерьер помещения акустические системы с хорошим звуком доставят своему владельцу больше удовольствия, чем отлично звучащие, но нелепо выглядящие образцы.

Ну и очевидно, что колонки сами по себе играть не могут: им необходим подходящий усилитель. Поэтому в ближайшее время мы опубликуем материал, который поможет вам определиться и с его выбором.

Читать еще:  Характеристика двигателя 451 миэ

2/2017

Динамики и интеллектуальные усилители: всё, что касается нижних частот

Теперь положение меняется — благодаря технологии, которую мы называем интеллектуальными (или «умными») усилителями, которые могут безопасно и своевременно подводить усилитель к пределу его возможностей. Контролируя работу громкоговорителя при воспроизведении музыки и применяя усовершенствованные алгоритмы, интеллектуальные усилители позволяют извлекать широкий спектр звуков из микродинамика сотового телефона безо всякого вреда для ваших ушей.

Что сегодня находится в динамике?

Прежде чем обсуждать, как работают интеллектуальные усилители, важно понять, что представляет собой ключевой элемент в цепи прохождения аудиосигнала — динамик. Независимо от усилителя, если динамик сконструирован плохо, никакая обработка и никакое усиление аудиосигналов не смогут компенсировать его недостатков. Это будет всё равно, что заправлять ракетным топливом двигатель газонокосилки — масса мощности и никакой возможности ее использовать. Однако если начать с приемлемого двигателя, добавление интеллектуального усилителя будет подобно добавлению турбонаддува, чтобы, не теряя управления, вывести двигатель на предельные возможности.

Конструктивно динамики состоят из рамы, магнита, звуковой катушки и мембраны (рисунок 1). Электрический ток проходит через звуковую катушку, что приводит к ее намагничиванию и как результат — к взаимодействию со стационарным магнитом динамика. Этот «электродвигатель» заставляет прикрепленную к катушке мембрану подниматься и опускаться и порождать звуковые волны, которые действительно можно услышать. Мы называем движение мембраны ее ходом, и этот ход имеет пределы. При превышении пределов хода могут возникнуть слышимые искажения. В исключительных случаях поврежденный динамик может стать причиной отказа всего устройства. В традиционных усилителях для ограничения хода используется простейший эквалайзер (EQ). Однако в смысле защиты по всем вариациям динамиков, режимам работы и аудиосигналам эти устройства в целом консервативны, ибо не дают возможности «продвинуть» динамик к его истинному пределу.

Рисунок 1. Анатомия динамика

Вторая проблема с динамиками заключается в том, что по мере прохождения тока через звуковую катушку энергия преобразуется в тепло вместо звука. Стоит слишком сильно нагрузить динамик, и это нагревание может повредить звуковую катушку, расплавив лак на проводе катушки. По мере того как звуковая катушка нагревается энергией, подаваемой усилителем, она должна охлаждаться сквозь магнит, передавая тепло окружающим деталям конструкции. В традиционных усилителях максимальная мощность ограничивается до величины, при непрерывной подаче которой динамик не будет повреждаться. Максимальная величина мощности должна предусматривать все вариации динамиков, режимов работы и сигналов. Поэтому эта величина обычно меньше того значения мощности, с которым может справиться динамик, и вследствие этого является заниженной.

Чем обеспечивается интеллектуальность усилителя?

Как можно извлечь максимальный уровень звукового давления (SPL) из определенного динамика и одновременно гарантировать его безопасную работу? Нужно использовать интеллектуальный усилитель. Звуковой сигнал характеризуется отношением пикового значения к среднему (PAR), что позволяет пропускать моментальные пики, поддерживая средние безопасные уровни. Интеллектуальные усилители подразделяются на две категории. К первой относятся усилители с прямой связью, в этой категории создаются модели динамиков, и через эти модели пропускается аудиосигнал для прогнозирования поведения динамика. Прямая связь имеет тенденцию хорошо работать с более крупными динамиками, в которых вариации меньше и функционирование более линейное. Но, даже имея дело с крупными динамиками, мы должны учитывать вариации параметров динамиков в запасе по усилению — ведь динамическая система может временно продвинуть динамики к предельным значениям, чтобы издать громкий звук.

Микродинамики, обычно используемые в смартфонах, требуют более совершенного интеллектуального усилителя, — это вторая категория, — к которой относятся интеллектуальные усилители с обратной связью, где к цифро-аналоговому преобразователю (DAC) и простейшему решению класса D с прямой связью добавляется контроль тока и напряжения (IV). Этот IV-контроль позволяет напрямую измерять температуру звуковой катушки динамика и обнаруживать изменения в динамике, вызванные варьированием параметров изделий, температуры окружающего воздуха и нагрузки на динамик (например, если положить руку на отверстие динамика). Эта информация позволяет алгоритму извлекать из динамика дополнительный SPL, который иначе был бы потерян вследствие ограничения выхода для покрытия этих вариаций.

Чтобы воспользоваться информацией контроля напряжения и тока, интеллектуальным усилителям нужен процессор (предпочтительно процессор цифрового сигнала, или DSP) для анализа этих данных и применения сложных алгоритмов, чтобы обеспечить оптимальные характеристики и звук, одновременно поддерживая безопасный режим работы динамика. Интеллектуальные усилители могут быть с интегрированными DSP или без таковых, а также соответствовать ожиданиям разработчика по стоимости, времени от начала разработки до выпуска на рынок и по рабочим характеристикам.

Получение представления о своем динамике

Имея базовое понимание того, как динамики и интеллектуальные усилители работают совместно для обеспечения более качественного звука при более высоких громкостях, можно обсудить способ вывода на рынок своего изделия с помощью этой технологии. Первый шаг — создание характеристики динамика, которая оценивала бы различные аспекты этого конкретного динамика для установления его предельных возможностей. Для того чтобы получить от динамика звук наибольшей громкости и самого высокого качества, не повредив его, эти пределы должны быть полностью понятны. Выполните детальные измерения, чтобы разработать точную модель динамика. Одним из способов сделать это является использование PurePath Console 3 (PPC3) Texas Instruments (TI) вместе с сопутствующей ознакомительной платой; данная комбинация позволяет выполнить эти измерения с помощью простой в исполнении процедуры.

В число этих измерений входят, в частности, системные проверки, характеристика хода (перемещения), тепловая характеристика и измерения SPL. Несмотря на то, что определение хода можно выполнить с использованием параметров из листа технических данных динамика, более точным методом является использование лазерного датчика смещения для измерения хода и извлечения нужных параметров. Ознакомительная плата интеллектуального усилителя от корпорации TI позволяет инженерам легко получать характеристики динамиков, обеспечивая весь нужный сбор информации с помощью лазера, а также микрофона для измерений SPL. По завершении измерений пользователи могут быстро просмотреть различные графики измеренных данных, включая ход в зависимости от частоты и пределы безопасной рабочей зоны.

PPC3 от корпорации TI может упростить процесс настройки. Данный набор новейших инструментов автоматически объединяет низкочастотные измерения импеданса с высокочастотными измерениями сигнала с микрофона. Тем самым выполняется достоверное полночастотное измерение SPL, позволяющее начать настройку. Область низкочастотных басов можно быстро настроить для улучшения их звучания, легко выбирая различные выравнивающие фильтры и позволяя программному обеспечению автоматически генерировать нужные компенсационные фильтры. Интеллектуальный усилитель динамически регулирует эти фильтры для достижения максимума низкочастотной составляющей без превышения пределов хода. Затем с помощью SmartEQ можно легко выполнить озвучивание динамиков. Пользователь может просто указать целевую кривую EQ, и PPC3 рассчитает необходимые фильтры для того, чтобы адаптировать характеристику SPL динамиков к целевой EQ. Инструмент выполняет все математические расчёты, позволяющие инженеру-акустику быстро получить результаты без ограничений, обычно обнаруживаемых в конкурирующих решениях EQ.

Сведение воедино всех результатов

Закончив определение характеристик динамика и точную настройку проекта, важно обеспечить, чтобы выбранные вами варианты могли безопасно и надёжно работать в большой выборке динамиков. Испытания надёжности являются важным шагом перед передачей изделия на сборочную линию. Неизменно и независимо от изготовителя динамиков между экземплярами динамиков всегда есть различие. Несмотря на то, что настройка представляется достаточно надёжной и укладывающейся в безопасные эксплуатационные ограничения, динамики из следующих партий могут оказаться не такими надёжными, как целевой объект, с которым вы работали на всех предыдущих этапах. Во время испытаний на долговечность рекомендуется взять выборку динамиков большего объёма. В этой выборке должно быть хотя бы 20 динамиков, которые следует подвергать испытанию в течение более длительного времени и в диапазоне экстремальных температур, чтобы имитировать ожидаемые условия их использования заказчиком. Используйте результаты испытаний для корректировки окончательных параметров области безопасной работы.

Если вы используете интеллектуальный усилитель TAS2555 производства Texas Instruments, вам не нужно встраивать задание последовательности действий и настройки в хост-процессор, поскольку DSP-процессор полностью интегрирован в данный интеллектуальный усилитель. Это значительно сокращает время разработки программного обеспечения. Кроме того, если ваш основной процессор модернизируется или заменяется, не нужно снова встраивать в него задание последовательности и настройки.

При переходе на производственную линию можно реализовать быстродействующую и надёжную программу испытаний, чтобы обеспечить соответствие конечного продукта параметрам, заданным во время разработки. Программное обеспечение производственной линии может помочь в отбраковке динамиков, обеспечивая их нахождение в заранее заданных пределах и подтверждая отсутствие повреждений во время сборки. Дополнительно можно измерить и сохранить различия между динамиками по импедансу. Этот шаг гарантирует, что можно использовать весь запас по температуре для каждого динамика.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector