Simulirajte zvočnik z enakovrednim rlc vezjem

Če delate s katerim koli avdio projektom, je najmanj zaskrbljena komponenta zvočnik, zvočnik pa je bistveni del katerega koli zvočnega vezja. Dober zvočnik lahko preglasi zvoke in zagotovi nemoten izhod, medtem ko slab zvočnik uniči vsa vaša prizadevanja, tudi preostali del vezja je izjemno dober.

Pomembno je torej, da izberemo ustrezen zvočnik, saj je ta tisti, ki daje končne rezultate za končno občinstvo. Kot pa vsi vemo, med izdelavo vezja vse komponente niso vedno na voljo in včasih nismo mogli določiti, kakšen bo izhod, če izberemo določenega zvočnika ali včasih imamo zvočnika, vendar nimamo ohišja. To je torej zaskrbljujoče, saj je lahko izhod zvočnikov popolnoma različen v različnih vrstah akustičnih okolij.

Kako torej določiti, kakšen bo odziv govornika v drugačni situaciji? Ali kakšna bo konstrukcija vezja? No, ta članek bo zajemal to temo. Razumeli bomo, kako deluje zvočnik, in izdelali bomo RLC ekvivalentni model zvočnika. To vezje bo služilo tudi kot dobro orodje za simulacijo zvočnika v nekaterih specifičnih aplikacijah.

Izdelava zvočnika

Zvočnik deluje kot pretvornik energije, ki pretvarja električno energijo v mehansko energijo. Zvočnik ima dve ravni konstrukcije, ena je mehanska in druga električna.

Na spodnji sliki lahko vidimo prerez zvočnika.

Vidimo okvir zvočnika ali nosilec, ki drži komponente znotraj in zunaj. Sestavni deli so pokrovček za prah, glasovna tuljava, membranski stožec, zvočnik Spider, palica in magnet.

Membrana je konec stvar, ki vibrira in potiska vibracije v zraku in s tem spreminja zračni tlak. Zaradi svoje oblike stožca je diafragma imenovana diafragma stožec.

Pajek je pomembna komponenta, ki je odgovoren za pravilno gibanje membrane zvočnikov. Zagotavlja, da se stožec vibrira in se ne dotakne okvira zvočnika.

Tudi, prostorski, ki je iz gume ali peno podobnega materiala, zagotavlja dodatno podporo Cone. Membranski stožec je pritrjen z elektromagnetno tuljavo. Ta tuljava se lahko prosto premika navzgor in navzdol znotraj pola in trajnega magneta.

Ta tuljava je električni del zvočnika. Ko zvočniku priskrbimo sinusni val, glasovna tuljava spremeni magnetno polarnost in se premika gor in dol, kar posledično ustvarja vibracije v stožcu. Vibracije se nadalje prenašajo v zrak z vlečenjem ali potiskanjem zraka in spreminjanjem zračnega tlaka ter tako ustvarjajo zvok.

Modeliranje zvočnika v električni tokokrog

Zvočnik je glavna komponenta vseh vezij ojačevalnika zvoka, mehansko zvočnik deluje z veliko fizičnimi komponentami. Če bomo sestavili seznam, bodo točke upoštevanja

1. Skladnost vzmetenja - To je lastnost materiala, v katerem material prehaja pod elastično deformacijo ali doživlja spremembo prostornine, kadar deluje nanj.
2. Odpornost vzmetenja - To je obremenitev, stožec je obrnjen med premikanjem iz vzmetenja. Znano je tudi kot mehansko dušenje.
3. Premična masa - to je skupna masa tuljave, stožca itd.
4. Obremenitev zraka, ki potiska skozi voznika.

Te zgornje štiri točke izhajajo iz mehanskih dejavnikov zvočnika. Obstajata še dva dejavnika, ki sta električno prisotna,

1. Induktivnost tuljave.
2. Odpornost tuljave.

Tako bi z upoštevanjem vseh točk lahko izdelali fizični model zvočnika z uporabo nekaj elektronike ali električnih komponent. Zgoraj 6 točk je mogoče modelirati s pomočjo treh osnovnih pasivnih komponent: uporov, induktorjev in kondenzatorjev, ki so označeni kot RLC vezje.

Osnovno nadomestno vezje govorca se lahko izvede z le z uporabo dveh komponent: upor in Induktor. Vezje bo videti tako -

Na zgornji sliki sta samo en upor R1 in en induktor L1 priključena na vir izmeničnega signala. Ta upor R1 predstavlja upor glasovne tuljave, induktor L1 pa induktivnost glasovne tuljave. To je najpreprostejši model, uporabljen v simulaciji zvočnikov, vendar ima vsekakor omejitve, ker gre le za električni model in ni možnosti določanja sposobnosti zvočnika in tega, kako se bo odzval v dejanskem fizičnem scenariju, ko gre za mehanske dele.

RLC vezje, enakovredno zvočniku

Videli smo torej osnovni model zvočnika, vendar moramo za pravilno delovanje dodati mehanske dele z dejanskimi fizičnimi komponentami v tem enakovrednem modelu zvočnika. Poglejmo, kako to lahko storimo. Toda preden to razumemo, analizirajmo, katere komponente so potrebne in kakšen je njihov namen.

Za skladnost vzmetenja lahko uporabimo induktor, ker ima skladnost vzmetenja neposredno povezavo z določeno spremembo toka toka skozi glasovno tuljavo.

Naslednji parameter je upor vzmetenja. Ker gre za vrsto obremenitve, ki jo ustvari vzmetenje, lahko v ta namen izberemo upor.

Za gibljivo maso lahko izberemo kondenzator, ki vključuje tuljave, maso stožca. Nadalje lahko spet izberemo kondenzator za zračno obremenitev, ki prav tako poveča maso stožca; je tudi pomemben parameter za ustvarjanje modela, enakovrednega zvočniku.

Tako smo izbrali en induktor za skladnost vzmetenja, en upor za upor vzmetenja in dva kondenzatorja za našo zračno obremenitev in gibljivo maso.

Naslednja pomembna stvar je, kako vse to povezati, da dobimo enakovreden električni model zvočnika. Upor (R1) in induktor (L1) sta v zaporedni povezavi primarna in spremenljiva z vzporednimi mehanskimi faktorji. Torej bomo te komponente povezali vzporedno z R1 in L1.

Končni krog bo takšen -

Dodali smo komponente vzporedno z R1 in L1. C1 in C2 označujeta premično maso oziroma zračno obremenitev, L2 zagotavljata skladnost vzmetenja, R2 pa upor vzmetenja.

Torej, zadnji ekvivalentni krog zvočnika z uporabo RLC je prikazan spodaj. Ta slika prikazuje natančno enakovreden model zvočnika z uporom, induktorjem in kondenzatorjem.

Kje, Rc - Odpornost tuljave, Lc - Induktivnost tuljave, Cmems - Kapaciteta gibljive mase, Lsc - Induktivnost skladnosti vzmetenja, Rsr - Odpornost vzmetenja in Cal - Zmogljivost zračne obremenitve.

Thiele / majhni parametri pri oblikovanju zvočnikov

Zdaj smo dobili enakovreden model, ampak kako izračunati vrednost komponent. Za to potrebujemo Thielejeve majhne parametre glasnega zvočnika.

Majhni parametri izhajajo iz vhodne impedance zvočnika, če je vhodna impedanca enaka resonančni frekvenci in je mehansko obnašanje zvočnika dejansko linearno.

Parametri Thiele bodo ponudili naslednje stvari -

Parametri	Opis	Enota
	Skupni faktor Q	Brez enot
	Mehanski faktor Q	Brez enot
	Električni faktor Q	Brez enot
	Resonančna frekvenca	Hz
	Odpornost vzmetenja	N. s / m
	Skupna premična masa	Kg
	Učinkovito vozniško območje	Kvadratnih metrov
	Enakovredna zvočna prostornina	Cu.m
	Linearno gibanje glasovne tuljave	M
	Frekvenčni odziv	Hz ali kHz
	Prostornina prostornine voznikove enote	Cu.m
	Odpornost glasovne tuljave	Ohms
	Induktivnost tuljave	Henry ali Mili Henry
	Faktor sile	Tesla / metrov
	Skladnost vzmetenja voznika	Metrov na Newton

Iz teh parametrov lahko s preprostimi formulami ustvarimo enakovreden model.

Vrednost Rc in Lc lahko neposredno izberemo med odpornostjo tuljave in induktivnostjo. Za druge parametre lahko uporabimo naslednje formule -

Cmens = Mmd / Bl ² Lsc = Cms * Bl ² Rsr = Bl ² / Rms

Če efektivna vrednost ni podana, jo lahko določimo iz naslednje enačbe -

Rms = (2 * π * fs * MM) / Qms Cal = (8 * p * Ad ³) / (3 * Bl ²)

Izdelava enakovrednega zvočniškega vezja RLC z resničnimi podatki

Ko smo se naučili, kako določiti enakovredne vrednosti komponent, pojdimo z nekaj resničnimi podatki in simulirajmo zvočnik.

Med BMS Speakers smo izbrali zvočnik 12S330. Tukaj je povezava za isto.

www.bmsspeakers.com/index.php?id=12s330_thiele-small

Za zvočnik je Thiele parametri so

Iz teh parametrov Thiele bomo izračunali enakovredne vrednosti,

Torej smo izračunali vrednosti vsake komponente, ki jo bomo uporabili za enakovredni model 12S330 . Naredimo model v Pspice.

Vrednosti smo navedli za vsako komponento in vir signala preimenovali v V1. Ustvarili smo simulacijski profil-

Konfigurirali smo enosmerni tok, da dobimo veliko frekvenčno analizo od 5 Hz do 20000 Hz pri 100 točkah na desetletje v logaritemski lestvici.

Nato smo sondo povezali preko enakovrednega vhoda za model zvočnika -

Dodali smo napetostno in tokovno sled čez Rc, odpornost glasovne tuljave. Preverili bomo impedanco tega upora. V ta namen, kot vemo, je V = IR in če V + AC vira razdelimo s tokom, ki teče skozi upor Rc, bomo dobili impedanco.

Torej smo dodali sled s formulo V (V1: +) / I (Rc) .

In končno, dobimo ploskev impedance našega enakovrednega modela zvočnika 12S330.

Vidimo lahko grafikon impedance in kako se impedanca zvočnika spreminja glede na frekvenco

Vrednosti lahko spremenimo glede na naše potrebe in zdaj lahko uporabimo ta model za ponovitev dejanskega zvočnika 12S330 .