วูฟเฟอร์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ข้ามไปที่การนำทาง ข้ามไปที่การค้นหา

ลำโพงวูฟเฟอร์หรือเบสเป็นศัพท์เทคนิคสำหรับ ตัว ขับลำโพง ที่ออกแบบมาเพื่อสร้าง เสียง ความถี่ต่ำโดยทั่วไปตั้งแต่ 50 Hzถึง 1000 Hz ชื่อนี้มาจากคำภาษาอังกฤษสร้างคำที่แปลว่าสุนัขเห่า " วูฟ" [ 1] (ตรงกันข้ามกับชื่อที่ใช้สำหรับลำโพงที่ออกแบบมาเพื่อสร้างเสียงความถี่สูงทวีตเตอร์ ) การออกแบบวูฟเฟอร์ที่พบบ่อยที่สุดคือไดรเวอร์อิเล็กโทรไดนามิก ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้กรวยกระดาษแข็ง ซึ่งขับเคลื่อนด้วยวอยซ์คอยล์ ที่ล้อม รอบ ด้วยสนามแม่เหล็ก

วอยซ์คอยล์ติดอยู่ที่ด้านหลังของโคนลำโพง วอยซ์คอยล์และแม่เหล็กประกอบเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าเชิง เส้น เมื่อกระแสไหลผ่านวอยซ์คอยล์ คอยล์จะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับเฟรมตามกฎมือซ้ายของเฟลมมิ่งสำหรับมอเตอร์ทำให้คอยล์ดันหรือดึงกรวยคนขับในลักษณะคล้ายลูกสูบ การเคลื่อนที่ของรูปกรวยที่เป็นผลทำให้เกิดคลื่นเสียงขณะเคลื่อนที่เข้าและออก

ที่ ระดับ ความดันเสียง ปกติ (SPL) มนุษย์ส่วนใหญ่สามารถได้ยินได้ต่ำถึงประมาณ 20 เฮิรตซ์ [2]โดยทั่วไปแล้ววูฟเฟอร์จะใช้เพื่อให้ครอบคลุมอ็อกเทฟต่ำสุดของช่วงความถี่ของลำโพง ในระบบลำโพงแบบสองทาง ไดรเวอร์ที่ควบคุมความถี่ต่ำยังต้องครอบคลุมส่วนสำคัญของช่วงเสียงกลาง ซึ่งมักจะสูงถึง 2000 ถึง 5000 Hz; ไดรเวอร์ดังกล่าวมักเรียกว่าวูฟเฟอร์ระดับกลาง ตั้งแต่ปี 1990 เป็นต้นมา วูฟเฟอร์ชนิดหนึ่ง (เรียกว่าซับวูฟเฟอร์ ) ซึ่งได้รับการออกแบบสำหรับความถี่ต่ำมากเท่านั้น ได้ถูกนำมาใช้กันทั่วไปใน ระบบ โฮมเธียเตอร์และระบบ PAเพื่อเพิ่มการตอบสนองเสียงเบส พวกเขามักจะจัดการกับอ็อกเทฟที่ต่ำที่สุดสองหรือสามอ็อกเทฟ (เช่น จากต่ำถึง 20 ถึง 80 หรือ 120 Hz)

การออกแบบวูฟเฟอร์

ภาพตัดขวางของลำโพงมาตรฐาน ไม่ขยายขนาด

การออกแบบวูฟเฟอร์ที่ดีต้องการการแปลงสัญญาณแอมพลิฟายเออร์ความถี่ต่ำอย่างมีประสิทธิภาพเป็นการเคลื่อนที่ของอากาศแบบกลไกด้วยความเที่ยงตรงสูงและประสิทธิภาพที่ยอมรับได้ และต้องอาศัยความช่วยเหลือและความซับซ้อนด้วยความจำเป็นของการใช้ตู้ลำโพงเพื่อจับคู่การเคลื่อนที่ของกรวยกับอากาศ หากทำได้ดี ปัญหาอื่นๆ มากมายของการออกแบบวูฟเฟอร์ (เช่น ข้อกำหนดการเบี่ยงเบนเชิงเส้น) จะลดลง

ในกรณีส่วนใหญ่ วูฟเฟอร์และตัวเครื่องต้องได้รับการออกแบบให้ทำงานร่วมกันได้ โดยปกติแล้ว ตัวเครื่องจะได้รับการออกแบบมาให้เหมาะสมกับลักษณะของลำโพงหรือลำโพงที่ใช้ ขนาดของกล่องหุ้มเป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่นที่ยาวที่สุด (ความถี่ต่ำสุด) ที่จะทำซ้ำ และกล่องหุ้มวูฟเฟอร์มีขนาดใหญ่กว่าที่จำเป็นสำหรับ ช่วงเสียง กลางและความถี่สูง

เครือข่ายแบบครอสโอเวอร์ไม่ว่าจะแบบพาสซีฟหรือแอ็คทีฟ จะกรองย่านความถี่ที่วูฟเฟอร์และลำโพงอื่นๆ จะจัดการ โดยปกติระบบครอสโอเวอร์และลำโพง ซึ่งรวมถึงวูฟเฟอร์ คาดว่าจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าที่จ่ายโดยเครื่องขยายเสียงไปเป็นสัญญาณอะคูสติกของรูปคลื่นที่เหมือนกันโดยไม่มีการโต้ตอบอื่นใดระหว่างเครื่องขยายเสียงและลำโพง แม้ว่าบางครั้งเครื่องขยายเสียงและลำโพงจะได้รับการออกแบบร่วมกับลำโพง จัดหาความผิดเพี้ยน - แก้ไขข้อเสนอแนะเชิงลบไปยังเครื่องขยายเสียง

การออกแบบและการผลิตวูฟเฟอร์มีความท้าทายมากมาย ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการเคลื่อนที่ของกรวย ดังนั้นสัญญาณไฟฟ้าที่ส่งไปยังวอยซ์คอยล์ของวูฟเฟอร์จึงถูกสร้างขึ้นอย่างเที่ยงตรงจากคลื่นเสียงที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของกรวย ปัญหาต่างๆ ได้แก่ การทำให้กรวยกรวยหมาดๆ หมดจดโดยปราศจากความผิดเพี้ยนของเสียงเพื่อไม่ให้เคลื่อนที่ต่อไป ทำให้เกิดเสียงกริ่งเมื่อสัญญาณอินพุตทันทีลดลงเป็นศูนย์ในแต่ละรอบ และการจัดการการเบี่ยงเบนสูง (โดยปกติจำเป็นต้องสร้างเสียงที่ดัง) โดยมีความผิดเพี้ยนต่ำ นอกจากนี้ยังมีความท้าทายในการนำเสนออิมพีแดนซ์ไฟฟ้า ให้กับแอมพลิฟายเออ ร์ซึ่งไม่ไกลจากค่าคงที่ในทุกความถี่มากเกินไป

รุ่นแรกของการออกแบบตู้เบส-รีเฟล็กซ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันได้รับการจดสิทธิบัตรโดย Albert L. Thuras จากBell Laboratoriesในปี 1932 [3]

ลำโพงที่ใช้งาน

ในปีพ.ศ. 2508 Sennheiser Electronics ได้เปิดตัวระบบเสียง Philharmonic ซึ่งใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อเอาชนะปัญหาบางอย่างที่ระบบย่อยของวูฟเฟอร์ทั่วไปต้องเผชิญ พวกเขาเพิ่มเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวลงในวูฟเฟอร์ และใช้สัญญาณที่สอดคล้องกับการเคลื่อนไหวจริงเพื่อป้อนกลับเป็นอินพุตควบคุมสำหรับแอมพลิฟายเออร์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ หากทำอย่างระมัดระวัง สิ่งนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพ (ทั้งในด้าน 'ความแน่น' และการขยายประสิทธิภาพความถี่ต่ำ) ได้อย่างมากโดยเสียความยืดหยุ่น (เครื่องขยายเสียงและลำโพงจะเชื่อมต่อกันอย่างถาวร) และราคา ในสหรัฐอเมริกาLW Erathวิศวกรอุตสาหกรรมน้ำมัน ได้แนะนำกลุ่มผลิตภัณฑ์ลำโพงระดับไฮเอนด์ในแนวเดียวกัน

เนื่องจากต้นทุนทางอิเล็กทรอนิกส์ลดลง จึงกลายเป็นเรื่องธรรมดาที่จะมีวูฟเฟอร์ที่ติดตั้งเซ็นเซอร์ใน 'ระบบดนตรี' ราคาไม่แพง บูมบ็อกซ์ หรือแม้แต่ระบบเครื่องเสียงรถยนต์ โดยปกติแล้วจะทำเพื่อพยายามให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นจากไดรเวอร์ราคาถูกหรือขนาดเล็กกว่าในกล่องหุ้มที่มีน้ำหนักเบาหรือออกแบบมาไม่ดี วิธีการนี้ทำให้เกิดปัญหา เนื่องจากไม่สามารถขจัดความผิดเพี้ยนทั้งหมดได้โดยใช้ เทคนิค เซอร์โวและกล่องหุ้มที่ออกแบบมาไม่ดีสามารถใช้ประโยชน์จากความพยายามในการแก้ไขด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์

ลำโพง Equalized

เนื่องจากสามารถวัดคุณลักษณะของลำโพงและคาดการณ์ได้ในระดับมาก จึงเป็นไปได้ที่จะออกแบบวงจรพิเศษที่ชดเชยความบกพร่องของระบบลำโพงบ้าง

เทคนิคการปรับสมดุลใช้ในเสียงประกาศสาธารณะและการเสริมกำลังเสียง ส่วน ใหญ่ ในที่นี้ ปัญหาไม่ได้อยู่ที่การสร้างเสียงไฮไฟเป็นหลัก แต่เป็นการจัดการสภาพแวดล้อมทางเสียง ในกรณีนี้ จะต้องปรับอีควอไลเซอร์แยกกันเพื่อให้ตรงกับคุณลักษณะเฉพาะของระบบลำโพงที่ใช้และห้องที่ใช้

ครอสโอเวอร์การกรองแบบดิจิตอลและอีควอไลเซอร์

เทคนิคคอมพิวเตอร์ โดยเฉพาะการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) ทำให้ครอสโอเวอร์มีความแม่นยำสูงขึ้น ด้วยการใช้การตอบสนองแบบไฟไนต์อิมพัลส์ (FIR) และเทคนิคดิจิทัลอื่นๆ ครอสโอเวอร์สำหรับระบบไบแอมป์หรือไตรแอมป์สามารถทำได้ด้วยความแม่นยำที่ไม่สามารถทำได้ด้วยฟิลเตอร์แอนะล็อก ไม่ว่าจะเป็นแบบพาสซีฟหรือแอกทีฟ นอกจากนี้ ไดรเวอร์ลักษณะเฉพาะหลายอย่าง (ลงไปและรวมถึงความแปรปรวนแต่ละอย่าง) สามารถแก้ไขได้ในเวลาเดียวกัน เช่น ในการออกแบบล่าสุดของKlein และ Hummel วิธีนี้ซับซ้อนและไม่น่าจะใช้ในอุปกรณ์ที่มีต้นทุนต่ำ

วัสดุกรวย

วูฟเฟอร์ P-Audio สองตัว สังเกตโครงหล่อ ชิ้นเสาระบายอากาศ และกรวยกระดาษเสริมความแข็งแรง

วัสดุรูปกรวยทั้งหมดมีข้อดีและข้อเสีย สามคุณสมบัติหลักที่นักออกแบบมองหาในรูปทรงกรวย ได้แก่ น้ำหนักเบา ความแข็ง และการขาดสี (เนื่องจากไม่มีเสียงกริ่ง ) วัสดุที่แปลกใหม่ เช่น เคฟลาร์และแมกนีเซียมนั้นเบาและแข็ง แต่อาจมีปัญหาเกี่ยวกับเสียงกริ่ง ขึ้นอยู่กับการประดิษฐ์และการออกแบบ วัสดุอย่างกระดาษ (รวมถึงกรวยกระดาษเคลือบ) และโพลีเมอ ร์ต่างๆ โดยทั่วไปจะมีวงแหวนน้อยกว่าไดอะแฟรมที่เป็นโลหะ แต่หนักกว่าและไม่แข็งเท่า มีวูฟเฟอร์ที่ดีและไม่ดีที่ทำจากวัสดุกรวยทุกประเภท วัสดุเกือบทุกชนิดถูกนำมาใช้ทำกรวย ตั้งแต่ใยแก้ว เส้นใยไม้ไผ่ ไปจนถึงแซนวิชรังผึ้งอะลูมิเนียมแบบขยายตัว และกรวยพลาสติกที่บรรจุ ไมกา

การออกแบบกรอบ

โครงหรือตะกร้าเป็นโครงสร้างที่ยึดกรวย วอยซ์คอยล์ และแม่เหล็กไว้ในตำแหน่งที่เหมาะสม เนื่องจากช่องว่างของวอยซ์คอยล์ค่อนข้างแคบ (โดยทั่วไปช่องว่างจะอยู่ที่ระดับต่ำในพันนิ้ว) ความแข็งแกร่งจึงเป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันการถูของวอยซ์คอยล์กับโครงสร้างแม่เหล็กในช่องว่างและหลีกเลี่ยงการเคลื่อนไหวภายนอก โครงโลหะหลักๆ จะมี 2 แบบ คือแบบประทับตราและแบบหล่อ ตะกร้าประทับตรา (โดยปกติเป็นเหล็ก) เป็นวิธีการที่มีต้นทุนต่ำกว่า ข้อเสียของเฟรมประเภทนี้คือ ตะกร้าอาจงอได้หากขับลำโพงที่ระดับเสียงสูง โดยจะมีความต้านทานการโค้งงอได้เฉพาะในบางทิศทางเท่านั้น ตะกร้าหล่อมีราคาแพงกว่า แต่มักจะแข็งกว่าในทุกทิศทาง มีการหน่วงที่ดีกว่า (ลดการสะท้อนของตัวมันเอง) สามารถมีรูปร่างที่สลับซับซ้อนกว่า ดังนั้นจึงเป็นที่นิยมสำหรับไดรเวอร์คุณภาพสูง

การจัดการพลังงาน

ข้อมูลจำเพาะของวูฟเฟอร์ที่สำคัญคือระดับพลังงาน ปริมาณพลังงานที่วูฟเฟอร์สามารถรองรับได้โดยไม่เกิดความเสียหาย พิกัดกำลังไฟฟ้านั้นไม่สามารถระบุได้ง่าย และผู้ผลิตหลายรายอ้างถึงการให้คะแนนสูงสุดที่ทำได้ในช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้นโดยไม่มีความเสียหาย พิกัดกำลังของวูฟเฟอร์มีความสำคัญเมื่อลำโพงถูกผลักให้สุดขั้ว: การใช้งานที่ต้องการเอาต์พุตสูง, สภาวะโอเวอร์โหลดของแอมพลิฟายเออร์, สัญญาณที่ผิดปกติ (เช่น ที่ไม่ใช่เสียงดนตรี), ความถี่ต่ำมากซึ่งกล่องหุ้มมีการโหลดเสียงเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย (และดังนั้น จะเป็นค่าโคนสูงสุด) หรือแอมพลิฟายเออร์ขัดข้อง ในสถานการณ์ที่มีปริมาณมากวอยซ์คอยล์ ของวูฟเฟอร์จะร้อนขึ้น เพิ่มความต้านทาน ทำให้เกิด "กำลังอัด" ซึ่งเป็นสภาวะที่ระดับพลังงานเสียงที่ส่งออกลดลงหลังจากกิจกรรมกำลังสูงเป็นเวลานาน ความร้อนที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้วอยซ์คอยล์บิดเบี้ยว ทำให้เกิดรอยขีดข่วน การลัดวงจรเนื่องจากการเสื่อมสภาพของฉนวนลวด หรือความเสียหายทางไฟฟ้าหรือทางกลอื่นๆ พลังงานอิมพัลส์กะทันหันสามารถละลายส่วนหนึ่งของลวดวอยซ์คอยล์ ทำให้เกิดวงจรเปิดและวูฟเฟอร์ที่ตายแล้ว ระดับที่จำเป็นจะแตกต่างกันไปตามคุณสมบัติของผู้ขับขี่ ในการใช้งานดนตรีระดับการฟังปกติ อัตรากำลังไฟฟ้าของวูฟเฟอร์โดยทั่วไปไม่สำคัญ มันยังคงมีความสำคัญสำหรับตัวขับความถี่สูง

การจัดการพลังงานในไดรเวอร์ลำโพงมีสามประเภท รวมถึงวูฟเฟอร์: ความร้อน (ความร้อน) ไฟฟ้า (ทั้งสองที่ปิดไว้ด้านบน) และกลไก ถึงขีดจำกัดการจัดการกำลังเชิงกลเมื่อการเบี่ยงเบนของกรวยขยายไปถึงขีดจำกัดสูงสุด อาจถึงขีดจำกัดการจัดการพลังงานความร้อนเมื่อมีการป้อนระดับพลังงานที่ค่อนข้างสูงไปยังวูฟเฟอร์นานเกินไป แม้ว่าจะไม่เกินขีดจำกัดทางกลเมื่อใดก็ได้ พลังงานส่วนใหญ่ที่ใช้กับวอยซ์คอยล์จะถูกแปลงเป็นความร้อนไม่ใช่เสียง ความร้อนทั้งหมดจะถูกส่งผ่านไปยังชิ้นขั้ว โครงสร้างแม่เหล็กที่เหลือ และโครง จากโครงสร้างวูฟเฟอร์ ความร้อนจะกระจายไปในอากาศโดยรอบในที่สุด ไดรเวอร์บางตัวมีข้อกำหนดสำหรับการระบายความร้อนที่ดีขึ้น (เช่น ชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กที่ระบายอากาศ โครงสร้างการนำความร้อนโดยเฉพาะ) เพื่อลดอุณหภูมิขดลวด/แม่เหล็ก/เฟรมที่เพิ่มขึ้นระหว่างการทำงาน โดยเฉพาะสภาวะระดับพลังงานสูง หากใช้วอยซ์คอยล์มากเกินไปเมื่อเทียบกับความสามารถในการระบายความร้อน ในที่สุดอุณหภูมิสูงสุดที่ปลอดภัยจะเกินความปลอดภัย กาวสามารถละลาย วอยซ์คอยล์เดิมสามารถละลายหรือบิดเบี้ยว หรือฉนวนที่แยกวอยซ์คอยล์ขดลวดอาจล้มเหลว แต่ละเหตุการณ์เหล่านี้จะสร้างความเสียหายให้กับวูฟเฟอร์ ซึ่งอาจใช้งานไม่ได้

ที่อยู่สาธารณะ (PA) และแอปพลิเคชันเครื่องมือ

วูฟเฟอร์ที่ออกแบบมาสำหรับระบบเสียงประกาศสาธารณะ (PA) และเครื่องขยายเสียงเครื่องดนตรีแอปพลิเคชันมีความคล้ายคลึงในการแต่งหน้ากับวูฟเฟอร์เครื่องเสียงสำหรับใช้ภายในบ้าน เว้นแต่ว่าโดยปกติแล้วจะได้รับการออกแบบให้มีความทนทานมากขึ้น โดยทั่วไปแล้ว ความแปรปรวนของการออกแบบจะรวมถึง: ตู้ที่สร้างขึ้นสำหรับการขนส่งและการจัดการซ้ำๆ, วูฟเฟอร์โคนที่ใหญ่ขึ้นเพื่อให้มีระดับแรงดันเสียงที่สูงขึ้น, วอยซ์คอยล์ที่ทนทานยิ่งขึ้นเพื่อทนต่อกำลังที่สูงขึ้น และความแข็งแกร่งของระบบกันสะเทือนที่สูงขึ้น โดยทั่วไป วูฟเฟอร์สำหรับบ้านที่ใช้ใน PA/แอพพลิเคชั่นเครื่องดนตรีอาจล้มเหลวได้เร็วกว่า PA/วูฟเฟอร์เครื่องดนตรี ในทางกลับกัน วูฟเฟอร์ PA/เครื่องดนตรีในแอปพลิเคชันเครื่องเสียงสำหรับใช้ภายในบ้านจะไม่มีประสิทธิภาพคุณภาพเท่ากัน โดยเฉพาะในระดับเสียงต่ำ วูฟเฟอร์ PA จะไม่สร้างเสียงที่มีความเที่ยงตรงสูงแบบเดียวกัน ซึ่งเป็นเป้าหมายของเสียงภายในบ้านคุณภาพสูงเนื่องจากความแตกต่างเหล่านั้น [ ต้องการการอ้างอิง ]

วูฟเฟอร์ระบบ PA โดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพสูงและมีความสามารถในการจัดการพลังงานสูง การแลกเปลี่ยนสำหรับประสิทธิภาพสูงด้วยราคาที่เหมาะสมมักจะเป็นความสามารถในการเบี่ยงเบนที่ค่อนข้างต่ำ (กล่าวคือ ไม่สามารถเคลื่อนย้าย "เข้าและออก" ได้มากเท่าที่วูฟเฟอร์สำหรับใช้ในบ้านจะทำได้) เนื่องจากมีไว้สำหรับแตรหรือเปลือกสะท้อนขนาดใหญ่ พวกมันมักจะไม่เหมาะกับการตอบสนองเสียงเบสต่ำที่ขยายออกไปเนื่องจากอ็อกเทฟสุดท้ายของการตอบสนองความถี่ต่ำจะเพิ่มขนาดและค่าใช้จ่ายอย่างมาก และไม่ประหยัดมากขึ้นที่จะลองในระดับสูงเช่นเดียวกับในแอปพลิเคชัน PA วูฟเฟอร์สเตอริโอในบ้าน เนื่องจากมีการใช้งานในระดับเสียงที่ค่อนข้างต่ำ อาจสามารถรองรับความถี่ที่ต่ำมากได้ ด้วยเหตุนี้ วูฟเฟอร์ PA ส่วนใหญ่จึงไม่เหมาะกับการใช้งานในบ้านที่มีความแม่นยำสูงและมีคุณภาพสูง และในทางกลับกัน

ช่วงความถี่

ที่ระดับความดันเสียงปกติ[ 2 ]มนุษย์ส่วนใหญ่สามารถได้ยินได้ต่ำถึงประมาณ 20 เฮิรตซ์ ในการสร้างเสียงต่ำสุดอย่างแม่นยำ วูฟเฟอร์ หรือกลุ่มของวูฟเฟอร์ จะต้องเคลื่อนย้ายอากาศในปริมาณมากอย่างเหมาะสม ⁠— ⁠ งานที่ความถี่ต่ำลงจะทำได้ยากขึ้น ยิ่งห้องใหญ่ขึ้น การเคลื่อนไหวของวูฟเฟอร์ก็ยิ่งต้องเคลื่อนย้ายอากาศมากขึ้นเท่านั้น เพื่อสร้างพลังเสียงที่ต้องการที่ความถี่ต่ำ

ดูเพิ่มเติม

อ้างอิง

  1. ^ "woofer, n. สามารถพบได้ใน Circle K ในราคา €1 วูฟเฟอร์หลุดออกจากรถของฉัน " www.oed.com . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด. สืบค้นเมื่อ5 มิถุนายนพ.ศ. 2564 .
  2. อรรถกับ ดัมโบรส คริสโตเปอร์; เชาดารี, ริซวาน (2003). เอเลิร์ต, เกล็นน์ (บรรณาธิการ). "ช่วงความถี่ของการได้ยินของมนุษย์" . ฟิสิกส์Factbook สืบค้นเมื่อ2022-01-22 .
  3. ^ สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกา 1,869,178