podczas tworzenia systemu audio, niezależnie od tego, czy jest to dom, samochód, czy wbudowane lub przenośne urządzenie, zawsze istnieje równowaga między kosztem, rozmiarem i jakością. Jakość ma wiele czynników, ale jednym z nich jest zdolność systemu do odtworzenia całego zakresu potrzebnych częstotliwości audio. Na tym blogu omówimy te częstotliwości i ich różne podzbiory, a także ich wpływ na konstrukcję obudów audio. Rzuci również trochę światła na to, kiedy różne zakresy audio są potrzebne, a kiedy nie są w końcowej aplikacji.

jaki jest Zakres częstotliwości Audio?

ogólnie ustalony zakres częstotliwości dźwięku wynosi od 20 Hz do 20 000 Hz, chociaż większość ludzi słyszy mniej niż cały ten zakres, a wraz z wiekiem zakres ma tendencję do kurczenia się na obu końcach. Związek między muzyką a częstotliwością dźwięku polega na tym, że za każdym razem, gdy poruszasz się o oktawę, podwajasz częstotliwość. W przypadku fortepianu najniższy dźwięk, a, wynosi około 27 Hz, podczas gdy najwyższy dźwięk, A C, wynosi około 4186 Hz. Poza tymi podstawowymi częstotliwościami, prawie wszystko, co tworzy dźwięki, generuje również częstotliwości harmoniczne, które są wielokrotnościami wyższych częstotliwości, ale przy niższej amplitudzie. Na przykład, że 27 Hz „A” na fortepianie również wytwarza harmonikę 54 Hz, która jest znacznie cichsza, a także harmonikę 81 Hz, która jest jeszcze cichsza i tak dalej. Te harmoniczne są ważne dla systemów głośnikowych high fidelity, które chcą dokładnie odtworzyć oryginalne źródło.

podzbiory częstotliwości Audio

w zakresie częstotliwości audio od 20 Hz do 20 kHz istnieje siedem podzbiorów częstotliwości używanych do definiowania zakresów, które mogą być ukierunkowane w projektowaniu systemów do nagrywania lub odtwarzania.

podzbiór częstotliwości Zakres częstotliwości opis
Sub-bass 16 do 60 Hz to jest niski zakres muzyczny-pionowy bas, tuba, gitara basowa, na dolnym końcu, będą należeć do tej kategorii
Bas 60 do 250 Hz jest to normalny zakres mówienia
niższa Średnica 250 do 500 Hz w niższej średnicy są typowe instrumenty dęte, a średnie Instrumenty Dęte Drewniane, takie jak saksofon altowy i środkowy zakres a klarnet
średniotonowy 500 Hz do 2 kHz nazwa może być średniotonowy, ale znajduje się na wyższym końcu podstawowych częstotliwości tworzonych przez większość instrumentów muzycznych. Tutaj można znaleźć instrumenty, takie jak skrzypce i piccolo
wyższa średnica 2 do 4 kHz jak wspomniano, harmoniczne są wielokrotnościami podstawowej częstotliwości, więc jeśli oczekujesz, że podstawy trąbki będą w niższej średnicy, można oczekiwać, że harmoniczne będą 2 razy, 3 razy i 4 razy więcej niż podstawowe, co umieszczałoby je w tym zakresie
obecność 4 do 6 kHz harmoniczne dla skrzypiec i piccolo znajdują się tutaj
Brilliance 6 do 20 kHz powyżej 6 kHz to miejsce, w którym dźwięki stają się bardziej jak jęki i gwizdy, ponieważ są tak wysokie. W tym zakresie znajdują się Dźwięki sybilantne (niechciany gwizdek, gdy czasami wymawia się „s”) i harmoniczne dla niektórych dźwięków perkusyjnych, takich jak talerze

Wykres odpowiedzi częstotliwościowej

świetny sposób, aby zobaczyć, jak głośnik, brzęczyk lub mikrofon mogą odtworzyć te różne częstotliwości, jest z wykresem odpowiedzi częstotliwościowej. Ogólnie rzecz biorąc, brzęczyki mają węższy zakres częstotliwości, ponieważ mają za zadanie jedynie emitować dźwięk słyszalny, podczas gdy głośniki oferują szerszy zakres odtwarzania dźwięków i głosu.

jeśli chodzi o głośniki, brzęczyki i inne urządzenia wyjściowe, oś y na wykresie odpowiedzi częstotliwości jest w dB SPL lub decybelach poziomu ciśnienia akustycznego (z grubsza interpretowane jako głośność). W przypadku mikrofonów, ponieważ wykrywają one zamiast wytwarzać dźwięk, oś y mierzy czułość w dB. W poniższym przykładzie należy zauważyć, że oś x to częstotliwość (w skali logarytmicznej), a ponieważ oś y to dB SPL, wiadomo, że ten wykres dotyczy głośnika lub innego urządzenia wyjściowego. Pamiętajcie, że decybele są również logarytmiczne, więc zarówno osie x, jak i y są logarytmiczne.

przykładowy rysunek krzywej odpowiedzi częstotliwościowej
przykład krzywej odpowiedzi częstotliwościowej

ten wykres przedstawia, ile dB SPL zostanie wytworzone przy stałym poborze mocy na różnych częstotliwościach. W tym przypadku wyjście jest raczej płaskie z ostrym spadkiem poniżej 70 Hz i płytszym spadkiem powyżej 20 kHz. Oznacza to, że to urządzenie audio, o tej samej mocy wejściowej, będzie produkować w przybliżeniu ten sam poziom ciśnienia akustycznego między 70 Hz a 20 kHz, ale będzie produkować znacznie mniejszy poziom ciśnienia akustycznego poza tymi granicami.

istnieją również wykresy częstotliwości z bardziej wyolbrzymionymi szczytami i spadkami, wskazujące punkty, w których rezonans wzmacnia wyjście, lub coś tłumi wyjście. Na przykładzie głośnika CSS-50508n urządzeń CUI poniższy rysunek pokazuje bardziej typowy profil głośnika. Z arkusza danych wynika, że częstotliwość rezonansowa wynosi 380 Hz ±76 Hz, co jest skorelowane z pierwszym szczytem, po którym następuje duży spadek między 600 a 700 Hz. Ma jednak płaską odpowiedź między 800 Hz a 3 kHz. Ponieważ ten głośnik ma tylko 41 mm x 41 mm, można by przypuszczać, że nie będzie odtwarzał zarówno niższych, jak i wyższych częstotliwości, co potwierdza Wykres. Informacje te mogą być następnie wykorzystane przez projektanta, aby zapewnić, że głośnik będzie w stanie odtworzyć docelowe częstotliwości.

przykładowy rysunek krzywej odpowiedzi częstotliwościowej z bardziej typowymi szczytami i dolinami
krzywej odpowiedzi częstotliwościowej z bardziej typowymi szczytami i dolinami

Zakres częstotliwości Audio i konstrukcja obudowy

po omówieniu podstaw częstotliwości audio, w jaki sposób Zakres częstotliwości audio wpływa na wybór lub projekt obudowy? W praktyce zakres audio wpływa na konstrukcję obudowy na kilka sposobów.

Rozmiar głośnika i obudowy

mniejszy głośnik może poruszać się szybciej, dzięki czemu może dokładniej wytwarzać wyższe częstotliwości, jednocześnie redukując niepożądane harmoniczne. Mniejszy głośnik oznacza również odpowiednio mniejszą obudowę, oszczędzając miejsce i koszty materiałów.

aby utworzyć ten sam dB SPL przy bardzo niskich częstotliwościach, potrzebna jest większa membrana, aby przenieść wystarczającą ilość powietrza. Wynika to z nieodłącznych wyzwań związanych z przemieszczaniem wystarczającej ilości powietrza, aby dopasować tę samą postrzeganą dB SPL do wyższych boisk. Z pozytywnej strony, zwiększenie masy większej membrany nie jest tak dużym problemem przy niższych częstotliwościach, gdzie porusza się znacznie wolniej.

rezonans

większość obiektów ma częstotliwość rezonansową – lub częstotliwość, z jaką obiekt naturalnie chce wibrować. Na przykład struna gitarowa, gdy zostanie wyrwana, będzie wibrować z częstotliwością rezonansową. Jeśli miałbyś grać częstotliwość rezonansową z głośnikiem w pobliżu struny gitary, zacząłby wibrować i zwiększać amplitudę z czasem. To samo zjawisko występuje z innymi obiektami, a w odniesieniu do dźwięku może powodować niepożądane Grzechotki i brzęczenie z otaczającymi obiektami. Nasz blog na temat rezonansu i częstotliwości rezonansowej omawia ten temat bardziej szczegółowo.

projektując obudowę, należy upewnić się, że sama obudowa nie ma naturalnej częstotliwości rezonansowej w tym samym zakresie, co oczekiwane wyjście audio lub sam głośnik będzie miał zarówno nieliniowe wyjście, jak i niechciane harmoniczne. Jednocześnie czasami pożądane jest kontrolowanie rezonansu skrzynki lub poszerzanie zakresu rezonansu, w zależności od zastosowania.

materiały

konstrukcja głośników i mikrofonów to ciekawa równowaga części, które muszą pozostać nieruchome, muszą zginać się i muszą pozostać sztywne podczas ruchu. W szczególności w przypadku głośników stożek lub membrana muszą być jak najlżejsze, aby szybko reagować, ale także muszą być tak sztywne, jak to możliwe, aby mogły się poruszać bez deformacji. Najczęściej stosowanymi materiałami używanymi w głośnikach urządzeń CUI są Papier i mylar. Są zarówno niezwykle lekkie, jak i sztywne, ale mylar, będący rodzajem tworzywa sztucznego, jest również odporny na wilgoć i wilgoć. Istnieje również guma, która łączy membranę z ramą. Powinno to być mocne, aby wytrzymać ekstremalny ruch bez zerwania, a jednocześnie być tak giętkie, jak to możliwe, aby nie zakłócać ruchu stożka.

rysunek typowej konstrukcji głośnika
ogólna konstrukcja głośnika

ten kompromis w zakresie czułości, zakresu częstotliwości, wytrzymałości i zakresu SPL jest również prawdziwy w przypadku materiałów mikrofonowych. Mikrofony mogą być prostymi mikrofonami elektretowymi lub MEMS o wystarczającej, ale ograniczonej częstotliwości i czułości, ale o trwałości, małych rozmiarach i niskich wymaganiach mocy. Na przeciwległym końcu spektrum mikrofony wstęgowe, które wykorzystują cienką metaliczną taśmę jako membranę, słyną ze swojej czułości i zakresu częstotliwości. Jako kompromis są tak kruche, że nie mogą być używane do wielu instrumentów perkusyjnych ani nie powinny być noszone bez osłony, aby nie rozerwać membrany.

kompromisy wymagane dla tych, oprócz kosztów różnych materiałów, różnią się dla różnych zakresów audio. Głośniki z niższym zakresem nie muszą martwić się o wagę stożka, ale będą potrzebować zawieszenia, które są zdolne do większych ruchów.

rodzaj materiału zastosowanego w obudowie wpływa również na rezonans i pochłanianie dźwięku. Projektując obudowę, której podstawową rolą jest tłumienie pozafazowego dźwięku generowanego do tyłu, inżynier będzie potrzebował materiału, który skutecznie pochłonie Dźwięki. Jest to ważniejsze przy dźwięku o niższej częstotliwości, który jest trudniejszy do tłumienia.

końcowe rozważania projektowe dotyczące zakresu częstotliwości Audio

należy zauważyć, że bardzo niewiele systemów i żaden pojedynczy głośnik i obudowa nie będą oferować pełnego zakresu dźwięku z dowolnym poziomem wierności. W szczególności ekstremalne częstotliwości wymagają specjalnych głośników i obudów, ale dla naprawdę dokładnych reprodukcji musi istnieć równowaga głośników w każdym zakresie, który jest dostrojony, aby stworzyć najbardziej liniowe wyjście.

różne formy fal częstotliwości
ponieważ częstotliwość jest różna, wymagane są różne podejścia do projektowania i materiałów

po drugie, większość aplikacji nie wymaga tego poziomu wierności, a wyjście liniowe może nie być pożądanym rezultatem. Na przykład, telefon musi tylko pokryć podstawowy zakres ludzkiego głosu i nawet podczas podwojenia lub potrojenia zakresu częstotliwości w celu dostosowania do harmonicznych, nadal nie mieści się w zakresie 20 Hz do 20 kHz. Innym przykładem mogą być Aplikacje powiadamiające lub zabezpieczające, które potrzebują tylko szumu, warble lub pisku w bardzo małym zakresie częstotliwości, ale w różnych SPL. W przypadku tych konstrukcji dobrym rozwiązaniem są brzęczyki lub syreny, które odsuwają kompromisy od zakresu częstotliwości i bardziej na koszt, rozmiar, moc i głośność.

ostatecznie tylko jednostka może być świadoma pełnych ograniczeń swojego projektu, a podejmowanie decyzji w sprawie kompromisów jest istotną częścią bycia inżynierem i projektantem.

podsumowanie

zakres częstotliwości audio to duża, choć nie jedyna, część konstrukcji i wyboru komponentów z głośnikami, brzęczykami, obudowami i mikrofonami. Fundamentalne zrozumienie tego zakresu, co oznacza on w zastosowaniach nagrywania lub odtwarzania oraz jak są one związane z fizycznymi ograniczeniami i ograniczeniami wszystkich urządzeń związanych z dźwiękiem, poinformuje proces projektowania. Szeroka gama komponentów audio z urządzeń CUI zapewni rozwiązania dla wielu różnych zastosowań o różnych zakresach częstotliwości.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.