Как да се избегне изкривяване при използване на басови говорители?

Основни причини за изкривяване в говорителите с вуфер

Термично изкривяване поради прегряване на гласовата намотка

Прегряването на гласовите намотки остава една от основните причини за проблемите с термичната дисторсия в нискочестотните говорители. Когато усилвателът подава повече мощност, отколкото говорителят може да поеме термично, вътре в тези гласови намотки започва да става много горещо, понякога достигайки температури над 300 градуса по Фаренхайт (около 150 градуса по Целзий). При тези екстремни температури се наблюдава термична компресия, придружена от промени в импеданса. Резултатът? Електрическите свойства на намотката се променят, което води до постепенни ефекти на компресия на мощността и по-високи нива на хармонична дисторсия. Понякога, когато температурата стане твърде висока, физическото разширение кара намотката да докосне областта на магнитния зазор. Това предизвиква различни нежелани звуци, които слушателите могат да чуят като бучене или скърцащи шумове по време на възпроизвеждане. Правилното термично управление не се свежда само до добавянето на няколко метални топлоотвода някъде. То изисква внимателно отчитане на количеството подавана мощност и проектиране на системи с подходящи механизми за охлаждане, интегрирани още от самото начало в конструкцията им.

Механична деформация поради прекомерно изместване и напрежение в подвеската

Механичната деформация възниква, когато нискочестотните говорители надхвърлят своите линейни граници на изместване. Прекомерното изместване избутва конусната система извън нейния проектиран диапазон, което води до три ключови режима на отказ:

• Допир на гласовата намотка с задната плоча, предизвикващ рязка ударна деформация
• Деформация на пружината (спайдър) и окрайнината (съраунд) извън техните еластични граници, намаляваща центриращата сила
• Асиметрично огъване на конуса при високо изместване, което изкривява геометрията на вълновия фронт

Измерванията на говорителите показват, че хармоничната деформация често надхвърля 10 % при умерени нива на звуково налягане (SPL) при тези условия. Когато системите за подвеска не успяват да върнат конуса в неутралното му положение, нелинейното движение генерира интермодулационни и хармонични артефакти, които фундаментално намаляват тоналната точност и вярността на преходните процеси.

Правилно съчетаване на мощността за надеждна работа на нискочестотни говорители

Съчетаване на RMS изходната мощност на усилвателя с RMS номиналната мощност на нискочестотния говорител

Съвпадането на изходната RMS мощност на усилвателя с RMS мощността, която може да поеме вуфера, е почти задължително, ако искаме нашата аудиосистема да работи без изкривявания и да има по-дълъг срок на служба. Според наблюденията в отрасъла, когато тези номинални стойности са правилно съгласувани, вероятността от термични повреди намалява приблизително с 37 % в сравнение със случаите, когато компонентите не са съвместими. Превишаването на непрекъснатата мощност, която вуферът може да поеме, води до бързо нагряване на гласовата намотка, което предизвиква компресия на звуковото качество, деградация на лепилото, което удръжа компонентите вътре в драйвера, и в крайна сметка — пълно разрушение. От друга страна, недостатъчното захранване с мощност в продължение на време кара усилвателите да работят по-напрегнато по време на внезапни силни звукови върхове, което води до прерязване (clipping) и сериозни изкривявания. Най-добрата практика остава съгласуването на RMS спецификациите при еднакви импеданси. Например: свържете усилвател с номинална RMS мощност 500 W при импеданс 4 Ω с вуфер, чиято номинална RMS мощност също е 500 W при импеданс 4 Ω.

Избягване на несъответствие в импеданса, за да се предотврати нестабилност на напрежението и хармонично изкривяване

Когато има несъответствие между импедансите, изходните сигнали на усилвателя обикновено стават нестабилни, което влияе както върху чистотата на сигнала, така и върху надеждността на оборудването с течение на времето. Свързването на нискочестотен говорител с импеданс 4 ома към усилвател, който надеждно може да работи само с товари от 8 ома (или обратното) принуждава усилвателя да работи в области, в които той не функционира добре. Това води до явления като спадове на напрежението, аномални честотни отговори и по-високи нива на нежелано изкривяване в звука. Според някои нови открития, публикувани от експертите по стандарти за професионална аудиотехника в техния доклад от 2024 г., правилният подбор на импеданс намалява показателя на откази, свързани с изкривяване, приблизително с 41 процента. Преди да настроите която и да е аудиосистема, проверете какъв импеданс е стандартен за вашия нискочестотен говорител — обикновено 4 или 8 ома — и след това изберете усилвател, който специфично декларира, че работи добре с такъв товар без проблеми.

Най-добрите практики за предотвратяване на прерязване и запазване на цялостта на сигнала

Как прерязаните сигнали предизвикват разрушителен ток, подобен на постояннотоков, в усилвателите за ниски честоти

Когато усилвателът се насити, започва да се изкривява (clipping), което по същество изравнява върховете на вълновата форма и нарушава преминаванията през нулата. Следващото, което се случва, е доста разрушително, тъй като сигнала се държи почти като постояннотоков ток, принуждавайки гласовата намотка да се движи непрекъснато, без да ѝ се даде достатъчно време за правилно охлаждане. През 2023 г. Аудио инженерното дружество (Audio Engineering Society) установи, че тези изкривени сигнали всъщност повишават температурата на гласовата намотка с около 20 до дори 30 процента спрямо нормалния, чист аудиосигнал. Това натрупване на топлина води до различни проблеми с течение на времето, включително разпадане на лепилото между компонентите, по-бързо изтощаване на „паяжинните“ (spider) части и деформация (разтягане) на околните ръбове (surrounds). Само термичното напрежение може да намали звуковия изход на говорителя с около 3 до 6 децибела. Следователно, ако искаме говорителите ни да звучат добре и да имат по-дълъг срок на служба, избягването на изкривяване става абсолютно задължително.

• Поддържайте резервна мощност на усилвателя ±3 dB над пиковите програмни нива
• Използвайте ограничители, калибрирани спрямо RMS-номинала на вуфера — не спрямо системните върхове
• Използвайте осцилоскоп за верификация още в началото на сигналената верига, за да засечете прерязването преди усилването

Правилното стъпково регулиране на усилването удължава срока на живот на вуфера до 40 % и запазва цялостта на преходния отговор значително по-ефективно, отколкото само реактивната защита.

Елиминиране на реалното изкривяване за вуферни говорители

Стъпково регулиране на усилването: съгласуване на резервния капацитет от миксера до усилителя и до вуферния говорител

Правилното стъпенуване на усилването остава един от най-добрите начини да се предотврати възникването на изкривявания в аудиосигналите ни през цялата верига. Започнете още от самото начало: при настройката на миксерите целете изходни нива, които се колебаят в диапазона от -6 dBFS до -3 dBFS. Това осигурява буферно пространство от около 3 до 6 dB, което помага да се предотвратят неочаквани върхове по-нататък. След това преминете към настройка на входното усилване на усилителя, докато индикаторите за прерязване (clipping) светнат само веднъж или два пъти по време на силните части на записите. Това означава, че сте намерили оптималната точка, при която оборудването реагира правилно, без да се подлага на прекомерно натоварване. Проверете дали средната мощност, излизаша от усилителя, действително съответства на тази, която колоната може да поеме безопасно. Твърде висока мощност води до проблеми с прегряването на компонентите, докато недостатъчната мощност може да причини повреди чрез многократни ефекти на прерязване. Всеки, който работи с критични звукови системи, трябва винаги да проверява повторно тези напрежения в различни точки по веригата с помощта на качествен истински RMS волтметър. Това гарантира, че чистият аудиосигнал се предава безупречно от миксинг деската чак до самите колони.