英文名稱:damping factor阻尼系數(shù)定義阻尼系數(shù):是指放大器的額定負(fù)載(揚(yáng)聲器)阻抗與功率放大器實(shí)際阻抗的比值。阻尼系數(shù)大表示功率放大器的輸出電阻小,阻尼系數(shù)是放大器在信號(hào)消失后控制揚(yáng)聲器錐體運(yùn)動(dòng)的能力。具有高阻尼系數(shù)的放大器,對于揚(yáng)聲器更象一個(gè)短路,在信號(hào)終止時(shí)能減小其振動(dòng)。 功率放大器的輸出阻抗會(huì)直接影響揚(yáng)聲器系統(tǒng)的低頻q值,從而影響系統(tǒng)的低頻特性。揚(yáng)聲器系統(tǒng)的q值不宜過高,一般在0.5~l范圍內(nèi)較好,功率放大器的輸出阻抗是使低頻q值上升的因素,所以一般希望功率放大器的輸出阻抗小、阻尼系數(shù)大為好。阻尼系數(shù)一般在幾十到幾百之間,優(yōu)質(zhì)專業(yè)功率放大器的阻尼系數(shù)可高達(dá)200以上。
一個(gè)二階以及二階以上的系統(tǒng),在系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程中系統(tǒng)的內(nèi)在能量的消耗有兩種情況:
1.系統(tǒng)能量保持不變;
2.系統(tǒng)能量逐漸減少;
阻尼系數(shù)就是表征能量減少這一特性的。阻尼系數(shù)解析阻尼系數(shù)是擴(kuò)音機(jī)的規(guī)格之一,它直接影響擴(kuò)音機(jī)對喇叭的操控性。一般擴(kuò)音機(jī)所提供的阻尼系數(shù)數(shù)據(jù),都只公布某一個(gè)頻段的阻尼系數(shù)。
阻尼系數(shù)不是越高越好。
喇叭與擴(kuò)音機(jī)之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜,功率與靈敏度的配搭方式只是一個(gè)基本,而電流與喇叭之間更是無可捉摸,不能單從規(guī)格表上可以判斷出來,只能憑經(jīng)驗(yàn)和用耳去聽。除了電流捉摸不到之外,還有一樣就是阻尼系數(shù)(damping factor)。
阻尼系數(shù)是擴(kuò)音機(jī)的規(guī)格之一,它直接影響擴(kuò)音機(jī)對喇叭的操控性。一般擴(kuò)音機(jī)所提供的阻尼系數(shù)數(shù)據(jù),都只公布某一個(gè)頻段的阻尼系數(shù)。
但事實(shí)大多數(shù)擴(kuò)音機(jī)的阻尼系數(shù),在不同頻段時(shí)都會(huì)改變,故所提供的數(shù)據(jù)也只能作為一個(gè)大約指示。有些喇叭需要高的阻尼系數(shù)去控制單元的動(dòng)作,如果配上阻尼不足的擴(kuò)音機(jī),單元會(huì)有失控的情況,出現(xiàn)多余的諧震及音訊損失。
反過來說,如果一對不需高阻尼的喇叭配上高阻尼擴(kuò)音機(jī),單元由于受到高阻尼的控制,聲音會(huì)變死實(shí)實(shí),音尾會(huì)極短。不當(dāng)?shù)淖枘崤浯?,?huì)令到一對十分優(yōu)良的喇叭,變成比鴨寮街出品也不如。
喇叭和擴(kuò)音機(jī)的關(guān)系千變?nèi)f化,切忌一本通書睇到老,雖然有一定的法則,但都要有心理準(zhǔn)備,隨時(shí)有意外的驚喜發(fā)生,所以要客觀去對待兩者之間的配搭。
想知道某擴(kuò)音機(jī)配某喇叭是否合拍,除了問有豐富經(jīng)驗(yàn)的朋友之外,最好是自己去聽多一些不同的組合配搭。阻尼系數(shù)匹配阻尼系數(shù)kd定義為:kd=功放額定輸出阻抗(等于音箱額定阻抗)/功放輸出內(nèi)阻。由于功放、輸出內(nèi)阻實(shí)際上已成為音箱的電阻尼器件,kd值便決定了音箱所受的電阻尼量。kd值越大,電阻尼越重。功放的kd值并不是越大越好,kd值過大會(huì)使音箱電阻尼過重,以至使脈沖前沿建立時(shí)間增長,降低瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。因此在選取功放時(shí)不應(yīng)片面追求大的kd值。作為家用高保真功放,阻尼系靈敏有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值可供參考;晶體管功放kd值大于或等于40,電子管功放kd值大于或等于6。保證放音的穩(wěn)態(tài)特性與瞬態(tài)特性良好的基本條件,應(yīng)注意音箱的等效力學(xué)品質(zhì)因素(qm)與放大器阻尼系數(shù)(kd)的配合,這種配合需將音箱的饋線作音響系統(tǒng)整體的一部分來考慮。音箱饋線的功率損失小0.5db(約12%)即可達(dá)到這種配合。
一般來說,線越粗越好,最好是雙線分音,但是要求音箱是有雙線分音的分頻器,一般中高檔的都有4個(gè)接線座,上下的2個(gè)負(fù)極是獨(dú)立的,不連接在一起的,連接在一起的是假冒的。
在老燒友中,有一個(gè)不成文的認(rèn)同,就是功放的價(jià)格應(yīng)該至少是音箱價(jià)格的1.5-2倍,越是高檔的產(chǎn)品這個(gè)比例就越高。換句話說,在配套上,寧可“大馬拉小車”,不可“小馬拉大車”。這是因?yàn)橥绞歉邫n的音箱,一個(gè)只能發(fā)揮70%水平的高檔產(chǎn)品,往往反不如一個(gè)發(fā)揮100%的低檔產(chǎn)品。不過放到多媒體產(chǎn)品上,情況就倒了過來,越是高檔的產(chǎn)品,其功放占整套產(chǎn)品成本的比例往往越低。有些產(chǎn)品幾乎要用4000元檔次的功放推其裸箱,才能將單元的水平發(fā)揮個(gè)八九不離十,但配的僅僅是個(gè)最多值100元的功放。有些多媒體發(fā)燒友還往往看好這些產(chǎn)品,其實(shí),如果不考慮摩機(jī)的話(當(dāng)然,對于摩機(jī)來說,這樣的產(chǎn)品是最佳的,因?yàn)槟﹄娐肥强尚械?,摩單元,對大多?shù)人是完全不可行的),這樣的產(chǎn)品不管在實(shí)際發(fā)揮的效果上,還是作為商品的設(shè)計(jì)上(特別是這一點(diǎn)),都是不理想也不合理的。說到底,還是文章的主旨——合理搭配,在功放上下功夫,用差單元當(dāng)然是不好的,但反過來,將成本全花在單元上,配一個(gè)僅僅是剛剛能用的功放同樣是不可行的。單元雖然是多媒體音箱最重要的部件,但決不是單元好就是好箱子。力學(xué)阻尼系數(shù)1.阻尼模型
結(jié)構(gòu)阻尼是對振動(dòng)結(jié)構(gòu)所耗散的能量的測量,通常用振動(dòng)一次的能量耗散率來表示結(jié)構(gòu)阻尼的強(qiáng)弱。近幾十年來,人們提出了多種阻尼理論假設(shè),在眾多的阻尼理論假設(shè)中,用得較多的是兩種線性阻尼理論:粘滯阻尼理論和復(fù)阻尼理論(滯變阻尼理論)。
復(fù)阻尼理論認(rèn)為結(jié)構(gòu)具有復(fù)剛度,在考慮阻尼時(shí)在彈性模量或剛度系數(shù)項(xiàng)前乘以復(fù)常數(shù) 即可,v為復(fù)阻尼系數(shù)。復(fù)阻尼理論對于一般的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)來說,計(jì)算過程非常復(fù)雜,因此,在動(dòng)力響應(yīng)分析中,復(fù)阻尼理論應(yīng)用不多,本文限于篇幅,也就不再展開了。
粘滯阻尼理論假定阻尼力與運(yùn)動(dòng)速度成正比,通常是用不同頻率的阻尼比ζ來表征系統(tǒng)的阻尼:
粘滯阻尼理論最顯著的特點(diǎn)在于其阻尼力是直接根據(jù)與相對速度成正比的關(guān)系給出的,不論是簡諧振動(dòng)或是非簡諧振動(dòng),都可直接寫出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程,而且均為線性微分方程,給理論分析帶來了很大的方便。
在多自由度系統(tǒng)中采用等效粘滯模態(tài)阻尼,阻尼力向量的表達(dá)式為
若[c」可以通過模態(tài)向量正交化為對角矩陣時(shí),則稱為正交阻尼或比例阻尼。反之,則稱之為非正交阻尼。正交阻尼原則上適用于阻尼特性分布比較均勻的工程結(jié)構(gòu),但由于其使用方便,分析人員對大部分橋梁都傾向于使用正交阻尼,非正交阻尼因?yàn)橛?jì)算較為麻煩用得較少。
rayleigh阻尼模型是廣泛采用的一種正交阻尼模型,其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:
c=a0m+a1k (2)
式中, a0和a1稱為rayleigh阻尼常數(shù)。
在rayleigh阻尼模型下,各階阻尼比可表示為
式中ζi稱為第i階振型的模態(tài)阻尼比,因此若已知任意兩階振型的阻尼比ζi和ζj,則可定出阻尼常數(shù)
確定了a0和al之后,即可確定出各階振型的模態(tài)阻尼比,并確定阻尼矩陣。
2.實(shí)際抗震分析中由于阻尼選取不同所產(chǎn)生的問題
目前,橋梁地震反應(yīng)分析一般以直接積分的時(shí)程分析方法為主。其阻尼模型取rayleigh阻尼模型,并以主塔或主梁的兩個(gè)較低階振型頻率ωi和ωj對應(yīng)的阻尼比作為ζi和ζj,接式(3)和式(4) 求出其余各階頻率的阻尼比,并求出阻尼矩陣代人動(dòng)力方程,用直接積分的方法求解動(dòng)力方程。這樣處理阻尼雖然非常簡單,但也產(chǎn)生了以下兩個(gè)不可忽視的問題:
(1)如前所述,rayleigh阻尼作為一種正交阻尼,適用于阻尼特性分布非常均勻的工程結(jié)構(gòu)。但是大跨橋梁一般來說都不能算作非常均勻的結(jié)構(gòu)。例如,為了提高橋梁的跨越能力,主梁一般采用鋼箱梁或鋼混疊合梁,而主塔和邊墩則采用鋼筋混凝土材料,兩者的阻尼特性相差比較大。即使主梁材料特性與主塔差不多,大跨橋梁由于抗風(fēng)和抗震的要求,經(jīng)常會(huì)在橋梁結(jié)構(gòu)的某些部位加有人工阻尼裝置,比如橋墩上安放高阻尼的抗震支座、橋塔上安放控制振動(dòng)的裝置tmd等,這都會(huì)產(chǎn)生摩擦阻尼或集中阻尼從而造成阻尼特性的不均勻分布。這樣的阻尼均勻性前提得不到滿足的情況下,仍按照 rayleigh阻尼模型去計(jì)算各階振型對應(yīng)的阻尼比勢必會(huì)造成除ωi和ωj兩階之外其他各階振型阻尼比與真實(shí)值有或多或少的差別。
(2)根據(jù)同濟(jì)大學(xué)土木防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對國內(nèi)幾十座大跨橋梁進(jìn)行抗震分析后總結(jié)的經(jīng)驗(yàn),邊墩。輔助墩等部位是大跨橋梁抗震設(shè)施的重點(diǎn)。但是采用rayleigh阻尼模型時(shí),用于計(jì)算其他各階振型阻尼比的ωi和ωj一般取的是較低階的振型,而邊墩輔助墩的振動(dòng)一般都發(fā)生在高階振型。根據(jù)rayleigh阻尼模型圖,可以看出離ωi和ωj越遠(yuǎn)的振型,其阻尼比就越不準(zhǔn),而且隨著圖上阻尼比按頻率增加的速度越來越快,邊墩部分振動(dòng)頻率對應(yīng)的阻尼比比實(shí)際值往往偏大,從這一點(diǎn)講會(huì)導(dǎo)致邊墩部分反應(yīng)的計(jì)算結(jié)果偏于不安全。
一些橋梁抗震研究人員已經(jīng)注意到了以上兩個(gè)問題,他們采取的措施是根據(jù)分析的部位不斷變換所選擇的ωi和ωj,比如計(jì)算橋塔的縱向地震反應(yīng)時(shí)就選擇對橋塔的縱向反應(yīng)起主要作用的兩階頻率作為ωi和ωj,來計(jì)算其它各階阻尼比,計(jì)算其它地震反應(yīng)時(shí)也依此類推。這樣就需要分析人員不斷的重復(fù)選擇。和約和進(jìn)行時(shí)程計(jì)算,十分繁瑣。
3.解決方法
由以上論述,我們已經(jīng)了解到阻尼是一個(gè)非常復(fù)雜的問題,僅僅依靠rayleigh阻尼模型,會(huì)對大跨橋梁尤其是邊墩輔助墩等部位的地震反應(yīng)分析出現(xiàn)不應(yīng)有的誤差。因此,我們嘗試尋找一種既不過分繁瑣又比較準(zhǔn)確的方法。
在前面的論述中,我們發(fā)現(xiàn)阻尼比是反應(yīng)阻尼的一個(gè)方便而有效的量,它把阻尼特性和振型頻率聯(lián)系起來,使得動(dòng)力方程分析起來更為簡單,而且阻尼比可以通過橋梁實(shí)測測出。
如果我們直接指定對橋塔。主梁、邊墩等重要部位反應(yīng)起主要作用的一些振型頻率的阻尼比,而對其余各階振型頻率的阻尼比采用線性內(nèi)插的方法確定,這樣做也可以形成阻尼比矩陣。由于我們通過以前的工程實(shí)例發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)各部位的反應(yīng)來說少數(shù)幾階振型的貢獻(xiàn)最為顯著(這些振型的貢獻(xiàn)占到70%~ 80%,甚至更多),因此,這樣做能夠保證計(jì)算的正確性,而且并不繁瑣,此對,以實(shí)測試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ),更增加了其準(zhǔn)確性。同濟(jì)大學(xué)橋梁系近十幾年來,通過為國內(nèi)幾十座大型橋梁進(jìn)行竣工檢測、成橋檢測積累了大量的阻尼實(shí)測資料,并有研究人員準(zhǔn)備把這些阻尼資料整理形成橋梁阻尼數(shù)據(jù)庫。有了這些數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ),通過指定主要振型頻率阻尼比,來計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)是行得通的,并且結(jié)合下面的振型疊加法,會(huì)使計(jì)算更加簡便。