Simulujte reproduktor s ekvivalentným obvodom rlc

Ak pracujete s akýmkoľvek projektom súvisiacim so zvukom, najmenej dotknutým komponentom je reproduktor, ale reproduktor je nevyhnutnou súčasťou každého obvodu spojeného so zvukom. Dobrý reproduktor dokáže potlačiť zvuky a môže poskytnúť hladký výstup, zatiaľ čo zlý reproduktor môže zničiť všetko vaše úsilie, dokonca aj zvyšok obvodu je mimoriadne dobrý.

Je teda dôležité zvoliť správny reproduktor, ktorý produkuje konečný výstup pre koncových divákov. Ale ako všetci vieme, pri vytváraní obvodu nie sú všetky komponenty vždy ľahko dostupné a niekedy sme nedokázali určiť, aký bude výstup, ak vyberieme konkrétneho reproduktora alebo niekedy reproduktor máme, ale nemáme prílohu. Je to teda veľká obava, pretože výstup reproduktorov sa môže v rôznych druhoch akustického prostredia úplne líšiť.

Ako teda určiť, aká bude odozva hovorcu v inej situácii? Alebo aká bude konštrukcia obvodu? Tento článok sa bude venovať tejto téme. Pochopíme, ako reproduktor funguje, a skonštruujeme ekvivalentný model RLC reproduktora. Tento obvod bude slúžiť aj ako dobrý nástroj na simuláciu reproduktorov v niektorých konkrétnych aplikáciách.

Konštrukcia reproduktora

Reproduktor funguje ako prevodník energie, ktorý premieňa elektrickú energiu na mechanickú. Reproduktor má dve úrovne konštrukcie, jednu mechanickú a druhú elektrickú.

Na nasledujúcom obrázku vidíme prierez reproduktorom.

Vidíme rám reproduktora alebo držiak, ktorý drží komponenty zvnútra aj zvonka. Komponenty sú Dust cap, Voice coil, Diaphragm Cone, Speaker Spider, Pole a Magnet.

Membrána je koniec vec, ktorá vibruje a tlačí vibrácie vzduchu a mení tak tlak vzduchu. Pre svoj tvar kužeľa sa membrána označuje ako membránový kužeľ.

Pavúk je dôležitou zložkou, ktorý je zodpovedný za správny pohyb membrány reproduktora. Zaisťuje, že keď bude kužeľ vibrovať, nedotkne sa rámu reproduktora.

Tiež surround, ktorý je kaučuk alebo pěnovitý materiál, poskytuje ďalšiu podporu na kužeľ. Kužeľ membrány je pripevnený elektromagnetickou cievkou. Táto cievka sa môže voľne pohybovať v polohe hore-dole vo vnútri stĺpa a permanentného magnetu.

Táto cievka je elektrickou časťou reproduktora. Keď poskytneme reproduktoru sínusovú vlnu, hlasová cievka zmení magnetickú polaritu a pohybuje sa hore a dole, čo vo výsledku vytvára vibrácie v kužele. Vibrácie sa ďalej prenášajú do vzduchu ťahaním alebo tlačením vzduchu a zmenami tlaku vzduchu, čím sa vytvára zvuk.

Modelovanie reproduktora do elektrického obvodu

Reproduktor je hlavným komponentom pre všetky obvody zosilňovača zvuku. Mechanicky reproduktor pracuje s mnohými fyzickými komponentmi. Ak urobíme zoznam, potom budú body úvahy

Zhoda s pružením - Ide o vlastnosť materiálu, pri ktorom materiál prechádza elastickou deformáciou alebo pri zmene pôsobiacej sily dôjde k zmene jeho objemu.
Odpor pruženia - Je to bremeno, kužeľ smeruje pri pohybe od pruženia. Je tiež známy ako mechanické tlmenie.
Pohybujúca sa hmota - je to celková hmotnosť cievky, kužeľa atď.
Zaťaženie vzduchu, ktoré tlačí cez vodiča.

Tieto vyššie uvedené štyri body pochádzajú z mechanických faktorov reproduktora. Existujú ďalšie dva faktory sú prítomné elektricky,

Indukčnosť cievky.
Odpor cievky.

Keď zvážime všetky body, mohli by sme vyrobiť fyzický model reproduktora, ktorý by využíval málo elektroniky alebo elektrických komponentov. Týchto viac ako 6 bodov je možné modelovať pomocou troch základných pasívnych komponentov: rezistory, induktory a kondenzátory, ktoré sa označujú ako obvod RLC.

Základné náhradné obvod reproduktora môže byť vykonaná iba s použitím dvoch komponentov: rezistor a induktora. Okruh bude vyzerať takto-

Na vyššie uvedenom obrázku je k zdroju striedavého signálu pripojený iba jeden rezistor R1 a jediný induktor L1. Tento odpor R1 predstavuje odpor kmitacej cievky a induktor L1 poskytuje indukčnosť kmitacej cievky. Toto je najjednoduchší model používaný v simulácii reproduktorov, ale určite má určité obmedzenia, pretože ide iba o elektrický model a nie je možné určiť schopnosť reproduktora a to, ako bude reagovať v skutočnom fyzikálnom scenári, kde sú zapojené mechanické časti.

Obvod RLC s ekvivalentom reproduktora

Videli sme teda základný model reproduktora, ale aby to správne fungovalo, musíme do tohto ekvivalentného modelu reproduktora pridať mechanické časti so skutočnými fyzickými komponentmi. Pozrime sa, ako to dokážeme. Ale predtým, ako to pochopíme, analyzujme si, ktoré komponenty sú potrebné a aký je ich účel.

Pre súlad s pozastavením je možné použiť tlmivku, pretože súlad s pružením má priame spojenie s určitou zmenou toku prúdu cez cievku kmitania.

Ďalším parametrom je Suspension Resistance. Pretože sa jedná o typ záťaže, ktorá je vyvolaná zavesením, je možné na tento účel zvoliť rezistor.

Môžeme zvoliť kondenzátor pre pohybujúcu sa hmotu, ktorý obsahuje cievky, hmotnosť kužeľa. A ďalej môžeme opäť zvoliť kondenzátor pre zaťaženie vzduchom, ktorý tiež zvyšuje hmotnosť kužeľa; je to tiež dôležitý parameter pre vytvorenie ekvivalentného modelu reproduktora.

Takže sme vybrali jeden tlmivka pre súlad s pružením, jeden odpor pre odpor pruženia a dva kondenzátory pre naše zaťaženie vzduchom a pohyblivou hmotou.

Ďalšou dôležitou vecou je, ako ich všetky prepojiť a vytvoriť tak ekvivalentný elektrický model reproduktora. Odpor (R1) a induktor (L1) sú zapojené do série, ktorá je primárna a ktorá je variabilná pomocou paralelných mechanických faktorov. Tieto komponenty teda spojíme paralelne s R1 a L1.

Finálový okruh bude taký-

Doplnili sme komponenty v paralelnom spojení s R1 a L1. C1 a C2 budú označovať pohyblivú hmotu a zaťaženie vzduchom, L2 zabezpečia súlad s pružením a R2 bude odpor pruženia.

Takže konečný ekvivalentná obvod reproduktora pomocou RLC je uvedený nižšie. Tento obrázok zobrazuje presný ekvivalentný model reproduktora využívajúceho rezistor, induktor a kondenzátor.

Kde, Rc - Odpor cievky, Lc - Indukčnosť cievky, Cmems - Kapacitná hodnota pohyblivej hmotnosti, Lsc - Indukčnosť zhody pruženia, Rsr - Odpor pruženia a Cal - Kapacita zaťaženia vzduchu.

Thiele / malé parametre v dizajne reproduktorov

Teraz sme dostali ekvivalentný model, ale ako vypočítať hodnotu komponentov. Potrebujeme na to malé parametre Thiele reproduktora.

Malé parametre sú odvodené od vstupnej impedancie reproduktora, keď je vstupná impedancia rovnaká ako rezonančná frekvencia a mechanické správanie reproduktora je efektívne lineárne.

Thiele Parameters poskytne nasledujúce veci-

Parametre	Popis	Jednotka
	Celkový faktor Q	Bez jednotky
	Mechanický faktor Q	Bez jednotky
	Elektrický faktor Q	Bez jednotky
	Rezonančná frekvencia	Hz
	Odpor zavesenia	N. s / m
	Celková pohyblivá hmotnosť	Kg
	Efektívna oblasť vodiča	Sq.m
	Ekvivalentný akustický objem	Cu.m
	Lineárne vedenie kmitacej cievky	M
	Frekvenčná odozva	Hz alebo kHz
	Objemový objem jednotky vodiča	Cu.m
	Odpor kmitacej cievky	Ohm
	Indukčnosť cievky	Henry alebo Mili Henry
	Faktor sily	Tesla / metre
	Zhoda pozastavenia vodiča	Metrov na Newton

Z týchto parametrov môžeme pomocou jednoduchých vzorcov vytvoriť ekvivalentný model.

Hodnoty Rc a Lc je možné priamo zvoliť z odporu a indukčnosti cievky. Pre ďalšie parametre môžeme použiť nasledujúce vzorce -

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

Ak Rms nie sú dané, potom to môžeme určiť z nasledujúcej rovnice -

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

Budovanie ekvivalentného obvodu reproduktorov RLC so skutočnými dátami

Keď sme sa naučili, ako určiť ekvivalentné hodnoty pre komponenty, pracujme s reálnymi údajmi a simulujme reproduktor.

Z BMS Speakers sme vybrali reproduktor 12S330. Tu je odkaz na to isté.

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

Pre reproduktor sa Thiele parametrami sú

Z týchto parametrov Thiele vypočítame ekvivalentné hodnoty,

Takže sme vypočítali hodnoty jednotlivých komponentov, ktoré sa majú použiť pre ekvivalentný model 12S330 . Vyrobme model v Pspice.

Hodnoty sme poskytli každému komponentu a zdroj signálu sme tiež premenovali na V1. Vytvorili sme simulačný profil

Nakonfigurovali sme DC sweep tak, aby sme získali logiku s vysokou frekvenciou od 5 Hz do 20 000 Hz pri 100 bodoch za desaťročie v logaritmickej mierke.

Ďalej sme sondu pripojili cez náš ekvivalentný model reproduktora -

Pridali sme stopu napätia a prúdu cez Rc, odpor kmitacej cievky. Skontrolujeme impedanciu na tomto rezistore. Aby sme to dosiahli, ako vieme, V = IR a ak rozdelíme V + zdroja striedavého prúdu na prúd pretekajúci odporom Rc, dostaneme impedanciu.

Takže sme pridali stopu s vzorcom V (V1: +) / I (Rc) .

A nakoniec dostaneme graf impedancie nášho ekvivalentného modelu reproduktora 12S330.

Vidíme graf impedancie a ako sa mení impedancia reproduktora v závislosti od frekvencie

Hodnoty môžeme meniť podľa našej potreby a teraz môžeme tento model použiť na replikáciu skutočného reproduktora 12S330 .