Symuluj głośnik z równoważnym obwodem rlc

Jeśli pracujesz z jakimkolwiek projektem związanym z dźwiękiem, najmniej istotnym elementem jest głośnik, ale głośnik jest istotną częścią każdego obwodu związanego z dźwiękiem. Dobry głośnik może zastąpić szumy i zapewnić płynne wyjście, podczas gdy zły głośnik może zniszczyć wszystkie twoje wysiłki, nawet reszta obwodu jest wyjątkowo dobra.

Dlatego ważne jest, aby wybrać odpowiedniego mówcę, ponieważ jest on tym, który zapewnia ostateczne wyjście dla odbiorców końcowych. Ale, jak wszyscy wiemy, podczas tworzenia obwodu nie zawsze wszystkie elementy są łatwo dostępne i czasami nie byliśmy w stanie określić, jakie będzie wyjście, jeśli wybierzemy konkretny głośnik lub czasami mamy głośnik, ale nie mamy obudowy. Jest to więc poważny problem, ponieważ moc głośników może być zupełnie inna w różnych typach środowisk akustycznych.

Jak więc ustalić, jaka będzie reakcja mówcy w innej sytuacji? Albo jaka będzie konstrukcja obwodu? Cóż, ten artykuł dotyczy tego tematu. Zrozumiemy, jak działa głośnik i skonstruujemy równoważny model głośnika RLC. Obwód ten posłuży również jako dobre narzędzie do symulacji głośnika w niektórych konkretnych zastosowaniach.

Budowa głośnika

Głośnik działa jak konwerter energii, który przekształca energię elektryczną w energię mechaniczną. Głośnik ma dwa poziomy konstrukcji, jeden jest mechaniczny, a drugi elektryczny.

Na poniższym obrazku widzimy przekrój poprzeczny głośnika.

Widzimy ramę lub uchwyt głośnika, który utrzymuje komponenty wewnątrz i na zewnątrz. Komponenty to osłona przeciwpyłowa, cewka drgająca, stożek membrany, pająk głośnika, biegun i magnes.

Membrana jest rzeczą, która wibruje i koniec popycha wibracji powietrza, a tym samym zmianę ciśnienia powietrza. Ze względu na swój stożkowy kształt membrana nazywana jest stożkiem membrany.

Pająk jest ważnym składnikiem, który jest odpowiedzialny za prawidłowe ruchu membrany głośnika. Zapewnia, że ​​gdy stożek zacznie wibrować, nie dotknie ramy głośnika.

Ponadto obramowanie, które jest wykonane z gumy lub materiału podobnego do pianki, zapewnia dodatkowe podparcie dla stożka. Stożek membrany jest przymocowany za pomocą cewki elektromagnetycznej. Cewka ta może swobodnie poruszać się w pozycji góra-dół wewnątrz bieguna i magnesu trwałego.

Ta cewka jest elektryczną częścią głośnika. Kiedy dostarczamy do głośnika falę sinusoidalną, cewka drgająca zmienia polaryzację magnetyczną i porusza się w górę iw dół, co w rezultacie powoduje drgania stożka. Wibracje są dalej przenoszone do powietrza poprzez ciągnięcie lub wypychanie powietrza i dokonywanie zmian ciśnienia powietrza, tworząc w ten sposób dźwięk.

Modelowanie głośnika w obwodzie elektrycznym

Głośnik jest głównym elementem wszystkich obwodów wzmacniacza audio, mechanicznie, głośnik działa z wieloma elementami fizycznymi. Jeśli sporządzimy listę, punkty do rozważenia będą:

1. Podatność zawieszenia - jest to właściwość materiału, w którym materiał ulega elastycznej deformacji lub ulega zmianie objętości, gdy jest poddawany działaniu przyłożonej siły.
2. Opór zawieszenia - jest to obciążenie, stożek jest skierowany podczas ruchu z zawieszenia. Jest również znany jako tłumienie mechaniczne.
3. Moving Mass - Jest to całkowita masa cewki, stożka itp.
4. Obciążenie powietrza, które przepycha kierowcę.

Te cztery powyższe punkty pochodzą z czynników mechanicznych głośnika. Istnieją jeszcze dwa czynniki elektryczne,

1. Indukcyjność cewki.
2. Odporność cewki.

Biorąc więc pod uwagę wszystkie punkty, mogliśmy stworzyć fizyczny model głośnika przy użyciu kilku elementów elektronicznych lub elektrycznych. Te powyżej 6 punktów można modelować za pomocą trzech podstawowych elementów pasywnych: rezystorów, cewek i kondensatorów, które są oznaczone jako obwód RLC.

Podstawowy schemat zastępczy głośnika można dokonać tylko za pomocą dwóch elementów: rezystora i cewki. Obwód będzie wyglądał następująco:

Na powyższym obrazku tylko jeden rezystor R1 i pojedyncza cewka indukcyjna L1 są połączone ze źródłem sygnału AC. Ten rezystor R1 reprezentuje rezystancję cewki drgającej, a cewka indukcyjna L1 zapewnia indukcyjność cewki drgającej. Jest to najprostszy model używany w symulacji głośników, ale z pewnością ma ograniczenia, ponieważ jest to tylko model elektryczny i nie ma możliwości określenia zdolności głośnika i tego, jak zareaguje w rzeczywistym scenariuszu fizycznym, w którym zaangażowane są części mechaniczne.

Równoważny obwód głośnika RLC

Widzieliśmy więc podstawowy model głośnika, ale aby działał poprawnie, musimy dodać części mechaniczne do rzeczywistych komponentów fizycznych w tym równoważnym modelu głośnika. Zobaczmy, jak możemy to zrobić. Ale zanim to zrozumiemy, przeanalizujmy, jakie komponenty są potrzebne i jaki jest ich cel.

W przypadku zgodności zawieszenia można zastosować cewkę indukcyjną, ponieważ zgodność zawieszenia ma bezpośredni związek z określoną zmianą przepływu prądu przez cewkę drgającą.

Kolejnym parametrem jest opór zawieszenia. Ponieważ jest to rodzaj obciążenia, jakie wytwarza zawieszenie, do tego celu można dobrać rezystor.

Możemy dobrać kondensator do poruszającej się masy, w skład którego wchodzą cewki, masa stożka. I dalej możemy ponownie dobrać kondensator do obciążenia powietrzem, co również zwiększa masę stożka; jest to również ważny parametr przy tworzeniu modelu odpowiednika głośnika.

Tak więc wybraliśmy jeden induktor dla zgodności zawieszenia, jeden rezystor dla rezystancji zawieszenia i dwa kondensatory dla naszego obciążenia powietrzem i ruchomej masy.

Teraz kolejną ważną rzeczą jest to, jak połączyć je wszystkie, aby stworzyć elektryczny odpowiednik modelu głośnika. Rezystancja (R1) i cewka (L1) są połączone szeregowo, co jest pierwotne i które jest zmienne za pomocą równoległych czynników mechanicznych. Więc połączymy te komponenty równolegle z R1 i L1.

Obwód finałowy będzie taki:

Dodaliśmy komponenty w połączeniu równoległym z R1 i L1. C1 i C2 będą oznaczać odpowiednio masę ruchomą i obciążenie powietrzem, L2 zapewni podatność zawieszenia, a R2 będzie oporem zawieszenia.

Tak więc ostateczny równoważny obwód głośnika wykorzystujący RLC pokazano poniżej. Ten obraz przedstawia dokładny równoważny model głośnika wykorzystujący rezystor, cewkę indukcyjną i kondensator.

Gdzie, Rc - rezystancja cewki, Lc - indukcyjność cewki, Cmems - pojemność ruchomej masy, Lsc - indukcyjność zgodności zawieszenia, Rsr - rezystancja zawieszenia i Cal - pojemność obciążenia powietrzem.

Thiele / Small Parameters in Speaker Design

Teraz mamy równoważny model, ale jak obliczyć wartość składników. Do tego potrzebujemy Thiele small Parameters of the Loud Speaker.

Małe parametry pochodzą z impedancji wejściowej głośnika, gdy impedancja wejściowa jest taka sama jak częstotliwość rezonansowa, a mechaniczne zachowanie głośnika jest efektywnie liniowe.

Thiele Parameters zapewni następujące rzeczy:

Parametry	Opis	Jednostka
	Całkowity współczynnik Q	Bez jednostek
	Mechaniczny współczynnik Q	Bez jednostek
	Elektryczny współczynnik Q	Bez jednostek
	Częstotliwość rezonansowa	Hz
	Odporność zawieszenia	N. s / m
	Całkowita masa ruchoma	Kg
	Efektywna strefa kierowcy	M kw
	Równoważna głośność akustyczna	Smar
	Liniowa droga cewki drgającej	M
	Pasmo przenoszenia	Hz lub kHz
	Przemieszczenie objętości jednostki napędowej	Smar
	Rezystancja cewki drgającej	Ohm
	Indukcyjność cewki	Henry lub Mili Henry
	Współczynnik siły	Tesla / metry
	Zgodność zawieszenia kierowcy	Metry na niuton

Na podstawie tych parametrów możemy stworzyć równoważny model przy użyciu prostych wzorów.

Wartość Rc i Lc można wybrać bezpośrednio z rezystancji cewki i indukcyjności. W przypadku innych parametrów możemy użyć następujących wzorów -

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

Jeśli nie podano wartości skutecznej, możemy ją wyznaczyć z następującego równania:

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

Tworzenie równoważnego obwodu głośników RLC z rzeczywistymi danymi

Kiedy nauczyliśmy się, jak określić równoważne wartości dla komponentów, popracujmy z niektórymi rzeczywistymi danymi i zasymulujmy głośnik.

Wybraliśmy głośnik 12S330 z BMS Speakers. Oto link do tego samego.

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

Dla mówcy Thiele Parameters to

Na podstawie tych parametrów Thiele obliczymy równoważne wartości,

Tak więc obliczyliśmy wartości każdego komponentu, który ma być użyty w równoważnym modelu 12S330 . Zróbmy model w Pspice.

Podaliśmy wartości dla każdego komponentu, a także zmieniliśmy nazwę źródła sygnału na V1. Stworzyliśmy profil symulacyjny-

Skonfigurowaliśmy przemiatanie DC, aby uzyskać analizę dużej częstotliwości od 5 Hz do 20000 Hz przy 100 punktach na dekadę w skali logarytmicznej.

Następnie podłączyliśmy sondę do naszego równoważnego wejścia modelu głośnika:

Dodaliśmy ślad napięcia i prądu na Rc, czyli rezystancję cewki drgającej. Sprawdzimy impedancję na tym rezystorze. Aby to zrobić, jak wiemy, V = IR i jeśli podzielimy V + źródła prądu przemiennego przez prąd przepływający przez rezystor Rc, otrzymamy impedancję.

Więc dodaliśmy ślad z formułą V (V1: +) / I (Rc) .

I na koniec otrzymujemy wykres impedancji naszego odpowiednika modelu głośnika 12S330.

Widzimy wykres impedancji i zmiany impedancji głośnika w zależności od częstotliwości

Możemy zmienić wartości zgodnie z naszymi potrzebami i możemy teraz użyć tego modelu do replikacji rzeczywistego głośnika 12S330 .