Симулирайте високоговорител с еквивалентна rlc схема

Ако работите с някакъв свързан с аудио проект, най-малко засегнатият компонент е високоговорителят, но високоговорителят е съществена част от всяка свързана със звука схема. Добрият високоговорител може да замени шумовете и да осигури плавен изход, докато лошият високоговорител може да унищожи всичките ви усилия, дори останалата част от веригата е изключително добра.

Така че, важно е да изберете правилния високоговорител, тъй като той е този, който произвежда краен резултат за крайната аудитория. Но, както всички знаем, докато правим схема, всички компоненти не винаги са лесно достъпни и понякога не можем да определим какъв ще бъде изходът, ако изберем конкретен високоговорител или понякога имаме високоговорител, но нямаме корпуса. Така че това е голяма грижа, тъй като изходът на високоговорителите може да бъде напълно различен в различните видове акустични среди.

И така, как да определим какъв ще бъде отговорът на оратора в различна ситуация? Или каква ще бъде конструкцията на веригата? Е, тази статия ще обхване тази тема. Ще разберем как работи високоговорителят и ще изградим еквивалентен RLC модел на високоговорител. Тази схема също ще служи като добър инструмент за симулиране на високоговорител в някои специфични приложения.

Изграждане на високоговорител

Високоговорителят действа като преобразувател на енергия, който преобразува електрическата енергия в механична енергия. Ораторът има две нива на конструкция, едното е механично, а другото е електрическо.

На изображението по-долу можем да видим напречното сечение на високоговорител.

Можем да видим рамка за високоговорители или стойка, която държи компонентите отвътре и отвън. Компонентите са прахозащитна капачка, гласова намотка, мембранен конус, високоговорител Spider, полюс и магнит.

В диафрагмата е крайният нещо, което вибрира и избутва от вибрациите, на въздуха и по този начин се променя налягането на въздуха. Поради формата на конуса, диафрагмата се нарича конус на диафрагмата.

В паяка е важен компонент, който е отговорен за правилното движение на диафрагмата на високоговорителя. Той гарантира, че когато конусът ще вибрира, той няма да докосне рамката на високоговорителя.

Също така, съраундът, който е каучуков или подобен на пяна материал, осигурява допълнителната опора на конуса. Диафрагменият конус е прикрепен с електромагнитна намотка. Тази намотка може свободно да се движи в положение нагоре-надолу вътре в полюса и постоянния магнит.

Тази намотка е електрическата част на високоговорителя. Когато осигуряваме синусоидална вълна на високоговорителя, гласовата намотка променя магнитната полярност и се движи нагоре и надолу, което в резултат създава вибрации в конуса. По-нататък вибрацията се прехвърля във въздуха чрез издърпване или изтласкване на въздуха и промяна на въздушното налягане, като по този начин се създава звук.

Моделиране на високоговорител в електрическата верига

Високоговорителят е основният компонент за всички вериги на аудио усилвателя, механично, високоговорителят работи с много физически компоненти. Ако направим списък, тогава точките за разглеждане ще бъдат-

Съответствие на окачването - Това е свойството на материал, при който материалът преминава под еластична деформация или изпитва промяната в обема, когато е подложен на приложена сила.
Съпротивление на окачването - Това е натоварването, конусът е обърнат, докато се движи от окачването. Известно е още като механично затихване.
Подвижна маса - Това е общата маса на намотката, конуса и т.н.
Натоварване на въздуха, който се прокарва през водача.

Тези четири точки са от механични фактори на високоговорителя. Има още два фактора, които присъстват електрически,

Индуктивност на бобината.
Съпротивление на бобината.

Така че, като разгледаме всички точки, бихме могли да направим физически модел на високоговорителя, използвайки малко електроника или електрически компоненти. Тези над 6 точки могат да бъдат моделирани с помощта на три основни пасивни компонента: резистори, индуктори и кондензатори, които са означени като RLC верига.

А основната еквивалентна схема на говорещия може да се прави само чрез използване на два компонента: резистор и Inductor. Веригата ще изглежда така-

В горното изображение само един резистор R1 и единичен индуктор L1 са свързани с източник на променлив ток. Този резистор R1 представлява съпротивлението на гласовата намотка, а индукторът L1 осигурява индуктивност на гласовата намотка. Това е най-простият модел, използван в симулацията на високоговорители, но със сигурност има ограничения, тъй като това е само електрически модел и няма обхват да се определи способността на високоговорителя и как той ще реагира в действителния физически сценарий, когато са включени механични части.

Говорител еквивалентен RLC верига

Така че видяхме основен модел високоговорител, но за да работи правилно, трябва да добавим механични части с действителни физически компоненти в този еквивалентен модел говорител. Нека да видим как можем да го направим. Но преди да разберем това, нека анализираме какви компоненти са необходими и каква е целта им.

За съответствие на окачването може да се използва индуктор, тъй като съответствието на окачването има пряка връзка с определена промяна в потока на тока през гласовата намотка.

Следващият параметър е съпротивлението на окачването. Тъй като това е вид товар, който се създава от окачването, за тази цел може да бъде избран резистор.

Можем да изберем кондензатор за подвижната маса, който включва намотки, масата на конуса. И освен това можем отново да изберем кондензатор за въздушния товар, който също увеличава масата на конуса; това е и важен параметър за създаване на еквивалентен модел на говорител.

И така, ние избрахме един индуктор за съответствие на окачването, един резистор за съпротивление на окачването и два кондензатора за нашето въздушно натоварване и движеща се маса.

Следващото важно нещо е как да свържете всичко това, за да направите електрически еквивалентен модел високоговорител. Съпротивлението (R1) и индукторът (L1) са последователно свързани, което е първично и което е променливо, като се използват паралелните механични фактори. Така че, ние ще свържем тези компоненти паралелно с R1 и L1.

Финалната верига ще бъде като тази-

Добавихме компоненти в паралелна връзка с R1 и L1. C1 и C2 ще означават съответно движещата се маса и въздушния товар, L2 осигуряват съответствие на окачването, а R2 ще бъде съпротивлението на окачването.

И така, последната еквивалентна схема на високоговорителя, използваща RLC, е показана по-долу. Това изображение показва точно еквивалентен модел на високоговорителя, използващ резистор, индуктор и кондензатор.

Къде, Rc - Съпротивление на бобината, Lc - Индуктивност на бобината, Cmems - Капацитет на подвижната маса, Lsc - Индуктивност на съответствие на окачването, Rsr - Съпротивление на окачването и Cal - Капацитет на въздушния товар.

Thiele / Малки параметри в дизайна на високоговорителите

Сега получихме еквивалентния модел, но как да изчислим стойността на компонентите. За това ни трябват малки параметри на Thiele на високоговорителя.

Малките параметри се получават от входния импеданс на високоговорителя, когато входният импеданс е същият като резонансната честота и механичното поведение на високоговорителя е ефективно линейно.

Параметрите на Thiele ще предоставят следните неща -

Параметри	Описание	Мерна единица
	Общ Q фактор	Без единици
	Механичен Q фактор	Без единици
	Q електрически фактор	Без единици
	Резонансна честота	Hz
	Съпротивлението на окачването	N. s / m
	Обща движеща се маса	Килограма
	Ефективна зона за водача	Кв.м
	Еквивалентен акустичен обем	Куб.м
	Линейно движение на гласова бобина	М
	Честотен отговор	Hz или kHz
	Обем на обема на водача	Куб.м
	Съпротивлението на гласовата намотка	Ом
	Индуктивност на бобината	Хенри или Мили Хенри
	Фактор на сила	Тесла / метри
	Съответствие на окачването на водача	Метри на Нютон

От тези параметри можем да създадем еквивалентен модел, използвайки прости формули.

Стойността на Rc и Lc може да бъде избрана директно от съпротивлението на бобината и индуктивността. За други параметри можем да използваме следните формули -

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

Ако Rms не е дадено, тогава можем да го определим от следното уравнение-

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

Изграждане на еквивалентна верига за високоговорители RLC с реални данни

Докато научихме как да определим еквивалентните стойности за компонентите, нека да работим с някои реални данни и да симулираме високоговорител.

Избрахме високоговорител 12S330 от BMS Speakers. Ето линка за същото.

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

За високоговорителя са параметрите на Thiele

От тези параметри на Thiele ще изчислим еквивалентните стойности,

И така, изчислихме стойностите на всеки компонент, който ще се използва за еквивалентен модел 12S330 . Нека направим модела в Pspice.

Предоставихме стойностите на всеки компонент и също така преименувахме източника на сигнал на V1. Създадохме симулационен профил-

Конфигурирахме DC размах за получаване на големия честотен анализ от 5 Hz до 20000 Hz при 100 точки на десетилетие в логаритмична скала.

След това свързахме сондата през нашия еквивалентен вход за модел на високоговорител -

Добавихме напрежение и ток в Rc, съпротивлението на гласовата намотка. Ще проверим импеданса на този резистор. За да направите това, както знаем, V = IR и ако разделим V + на източника на променлив ток с тока, протичащ през резистора Rc, ще получим импеданса.

И така, добавихме следа с формула V (V1: +) / I (Rc) .

И накрая, получаваме графика на импеданса на нашия еквивалентен модел високоговорител на 12S330.

Можем да видим графика на импеданса и как импедансът на високоговорителя се променя в зависимост от честотата-

Можем да променяме стойностите според нашите нужди и вече можем да използваме този модел, за да репликираме реалния високоговорител 12S330 .