Simulirajte zvučnik ekvivalentnim rlc krugom

Ako radite s bilo kojim projektom povezanim sa zvukom, najmanje zabrinuta komponenta je zvučnik, ali zvučnik je bitan dio bilo kojeg kruga povezanog sa zvukom. Dobar zvučnik može nadvladati buku i može pružiti gladak izlaz, dok loš zvučnik može uništiti sve vaše napore, čak je i ostatak sklopa izuzetno dobar.

Dakle, važno je odabrati odgovarajući zvučnik jer on daje konačni izlaz za krajnju publiku. Ali, kao što svi znamo, dok stvaramo sklop, sve komponente nisu uvijek lako dostupne i ponekad nismo mogli odrediti koji će biti izlaz ako odaberemo određeni zvučnik ili ponekad imamo zvučnik, ali nemamo Kućište. Dakle, ovo je velika briga jer se izlaz zvučnika može potpuno razlikovati u različitim vrstama akustičnih okruženja.

Pa, kako odrediti kakav će biti odgovor govornika u drugačijoj situaciji? Ili, koja će biti konstrukcija kruga? Pa, ovaj će članak pokrivati ovu temu. Razumjet ćemo kako zvučnik radi i konstruirat ćemo RLC ekvivalentni model zvučnika. Ovaj će krug također poslužiti kao dobar alat za simulaciju zvučnika u nekim specifičnim primjenama.

Izgradnja zvučnika

Zvučnik djeluje kao pretvarač energije koji pretvara električnu energiju u mehaničku. Zvučnik ima dvije razine konstrukcije, jedna je mehanička, a druga električna.

Na donjoj slici možemo vidjeti presjek zvučnika.

Vidimo okvir zvučnika ili nosač koji drži komponente iznutra i izvana. Komponente su kapica za prašinu, glasovna zavojnica, membranski konus, zvučnik-pauk, pol i magnet.

Dijafragma je kraj stvar koja vibrira i gura vibracije u zraku i na taj način mijenja tlak zraka. Zbog oblika konusa, dijafragma se naziva i membranski konus.

Pauk je važan sastojak koji je odgovoran za pravilno kretanje zvučnika dijafragme. Osigurava da, kada će konus vibrirati, neće dodirnuti okvir zvučnika.

Također, surround, koji je od gume ili pjenastog materijala, pruža dodatnu potporu konusu. Konus dijafragme pričvršćen je elektromagnetskom zavojnicom. Ova zavojnica može se slobodno kretati u položaju gore-dolje unutar pola i trajnog magneta.

Ova zavojnica je električni dio zvučnika. Kada zvučniku pružimo sinusni val, zvučna zavojnica mijenja magnetski polaritet i pomiče se gore-dolje što rezultira vibracijama u konusu. Vibracija se dalje prenosi u zrak povlačenjem ili potiskivanjem zraka i mijenjanjem tlaka zraka, stvarajući tako zvuk.

Modeliranje zvučnika u električni krug

Zvučnik je glavna komponenta svih krugova audio pojačala, mehanički, zvučnik radi s puno fizičkih komponenata. Ako napravimo popis, točke razmatranja bit će-

Sukladnost ovjesa - Ovo je svojstvo materijala u kojem materijal prolazi pod elastičnom deformacijom ili doživljava promjenu volumena kada je izložen primijenjenoj sili.
Otpor ovjesa - To je opterećenje, konus je okrenut dok se kreće od ovjesa. Također je poznato kao mehaničko prigušivanje.
Pokretna masa - to je ukupna masa zavojnice, konusa itd.
Opterećenje zraka koji se gura kroz vozač.

Ove gornje četiri točke su iz Mehaničkih čimbenika zvučnika. Još su dva čimbenika prisutna električno,

Induktivnost zavojnice.
Otpor zavojnice.

Dakle, uzimajući u obzir sve točke, mogli bismo napraviti fizički model zvučnika koristeći malo elektronike ili električnih komponenata. Oni iznad 6 točaka mogu se modelirati pomoću tri osnovne pasivne komponente: otpornici, prigušnice i kondenzatori koji su označeni kao RLC krug.

Osnovni sklop ekvivalent zvučnika može se samo pomoću dvije komponente: Otpornik i prigušnice. Sklop će izgledati ovako-

Na gornjoj su slici samo jedan otpornik R1 i jedan prigušnica L1 povezani s izvorom izmjeničnog signala. Ovaj otpor R1 predstavlja otpor glasovne zavojnice, a induktor L1 daje induktivitet glasovne zavojnice. Ovo je najjednostavniji model koji se koristi u simulaciji zvučnika, ali zasigurno ima ograničenja, jer je to samo električni model i nema opsega za određivanje sposobnosti zvučnika i kako će reagirati u stvarnom fizičkom scenariju gdje su uključeni mehanički dijelovi.

RLC krug ekvivalentan zvučniku

Dakle, vidjeli smo osnovni model zvučnika, ali da bismo pravilno funkcionirali, u taj ekvivalentni model zvučnika moramo dodati mehaničke dijelove sa stvarnim fizičkim komponentama. Pogledajmo kako to možemo učiniti. Ali prije nego što to shvatimo, analizirajmo koje su komponente potrebne i koja je njihova svrha.

Za sukladnost ovjesa može se koristiti prigušnica, jer je sukladnost ovjesa izravno povezana s određenom promjenom protoka struje kroz glasovnu zavojnicu.

Sljedeći je parametar otpor ovjesa. Kako se radi o vrsti opterećenja koju stvara ovjes, u tu se svrhu može odabrati otpornik.

Za pokretnu masu možemo odabrati kondenzator, koji uključuje zavojnice, masu konusa. Dalje možemo ponovno odabrati kondenzator za zračno opterećenje koji također povećava masu konusa; to je također važan parametar za stvaranje modela ekvivalentnog zvučniku.

Dakle, odabrali smo jedan prigušnik za usklađenost ovjesa, jedan otpornik za otpor ovjesa i dva kondenzatora za naše zračno opterećenje i pokretnu masu.

Sljedeća je važna stvar kako sve to povezati kako bi se napravio električni ekvivalentni model zvučnika. Otpor (R1) i prigušnica (L1) su u serijskoj vezi koja je primarna i koja je promjenjiva pomoću paralelnih mehaničkih čimbenika. Dakle, spojit ćemo te komponente paralelno s R1 i L1.

Završni krug bit će ovako-

Dodali smo komponente paralelno s R1 i L1. C1 i C2 označavat će pokretnu masu, odnosno zračno opterećenje, L2 osiguravaju usklađenost ovjesa, a R2 otpor ovjesa.

Dakle, konačni ekvivalentni krug zvučnika koji koristi RLC prikazan je u nastavku. Ova slika prikazuje egzaktni ekvivalentni model zvučnika koji koristi otpornik, induktor i kondenzator.

Gdje su Rc - Otpor zavojnice, Lc - Induktivnost zavojnice, Cmems - Kapacitet pokretne mase, Lsc - Induktivnost sukladnosti ovjesa, Rsr - Otpor ovjesa i Cal - Kapacitet zračnog opterećenja.

Thiele / mali parametri u dizajnu zvučnika

Sada smo dobili ekvivalentni model, ali kako izračunati vrijednost komponenata. Za to su nam potrebni Thieleovi mali parametri glasnog zvučnika.

Mali parametri izvedeni su iz ulazne impedancije zvučnika kada je ulazna impedancija jednaka rezonantnoj frekvenciji, a mehaničko ponašanje zvučnika je linearno.

Thieleovi parametri pružit će sljedeće:

Parametri	Opis	Jedinica
	Ukupni Q faktor	Bez jedinice
	Mehanički Q faktor	Bez jedinice
	Električni Q faktor	Bez jedinice
	Rezonantna frekvencija	Hz
	Otpor ovjesa	N. s / m
	Ukupna pokretna masa	Kg
	Učinkovito područje vozača	M2
	Ekvivalentan zvučni volumen	Sperma
	Linearno hodanje glasovne zavojnice	M
	Frekvencijski odziv	Hz ili kHz
	Pomak volumena jedinice vozača	Sperma
	Otpor glasovne zavojnice	Ohms
	Induktivnost zavojnice	Henry ili Mili Henry
	Faktor sile	Tesla / metara
	Sukladnost ovjesa vozača	Metara po Newtonu

Od tih parametara možemo stvoriti ekvivalentni model pomoću jednostavnih formula.

Vrijednost Rc i Lc može se izravno odabrati između otpora zavojnice i induktivnosti. Za ostale parametre možemo koristiti sljedeće formule -

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

Ako efektivno efektivno nije dato, tada ga možemo odrediti iz sljedeće jednadžbe-

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

Izgradnja RLC ekvivalentnog kruga zvučnika sa stvarnim podacima

Dok smo naučili kako odrediti ekvivalentne vrijednosti komponenata, radimo s nekim stvarnim podacima i simulirajmo zvučnik.

Odabrali smo zvučnik 12S330 od BMS zvučnika. Evo veze za isto.

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

Za zvučnika THIELE parametri su

Iz ovih Thiele parametara izračunati ćemo ekvivalentne vrijednosti,

Dakle, izračunali smo vrijednosti svake komponente koja će se koristiti za model ekvivalenta 12S330 . Napravimo model u Pspiceu.

Dali smo vrijednosti za svaku komponentu, a izvor signala također preimenovali u V1. Izradili smo simulacijski profil-

Konfigurirali smo izmjenu istosmjerne struje da bismo dobili analizu velike frekvencije od 5 Hz do 20000 Hz pri 100 točaka po desetljeću u logaritamskoj skali.

Dalje, povezali smo sondu preko našeg ekvivalentnog ulaza modela zvučnika -

Dodali smo napon i struju na Rc, otpor glasovne zavojnice. Provjerit ćemo impedanciju na ovom otporu. Da bismo to učinili, kao što znamo, V = IR i ako podijelimo V + izvora izmjenične struje sa strujom koja teče kroz otpornik Rc, dobit ćemo impedansu.

Dakle, dodali smo trag s formulom V (V1: +) / I (Rc) .

I na kraju, dobivamo grafikon impedancije našeg ekvivalentnog modela zvučnika 12S330.

Možemo vidjeti grafikon impedance i kako se impedancija zvučnika mijenja ovisno o frekvenciji-

Vrijednosti možemo mijenjati prema našoj potrebi i sada možemo koristiti ovaj model za repliciranje stvarnog zvučnika 12S330 .