Імітуйте динамік за допомогою еквівалентної схеми rlc

Якщо ви працюєте з будь-яким проектом, пов'язаним зі звуком, найменш зацікавленим компонентом є динамік, але динамік є важливою частиною будь-якого аудіосхеми. Хороший динамік може замінити шуми і забезпечити плавний вихід, тоді як поганий динамік може знищити всі ваші зусилля, навіть решта схеми є надзвичайно хорошою.

Отже, важливо вибрати відповідний динамік, оскільки саме він дає кінцевий результат для кінцевої аудиторії. Але, як ми всі знаємо, під час створення схеми всі компоненти не завжди легко доступні, і іноді ми не можемо визначити, який буде вихід, якщо ми виберемо конкретний динамік, або іноді у нас є динамік, але у нас немає корпусу. Тому це викликає велике занепокоєння, оскільки вихід гучномовця може бути абсолютно різним в різних типах акустичних середовищ.

Отже, як визначити, якою буде реакція доповідача в іншій ситуації? Або якою буде побудова схеми? Що ж, ця стаття висвітлить цю тему. Ми зрозуміємо, як працює спікер, і побудуємо еквівалентну RLC модель спікера. Ця схема також послужить хорошим інструментом для імітації динаміка в деяких конкретних додатках.

Побудова спікера

Колонка виконує роль перетворювача енергії, який перетворює електричну енергію в механічну. Колонка має два рівні конструкції, один механічний, а інший електричний.

На зображенні нижче ми можемо побачити переріз гучномовця.

Ми можемо побачити колонку динаміка або кріплення, яке тримає компоненти всередині та зовні. Компоненти - це пилозахисна кришка, голосова котушка, конус діафрагми, акустична колонка, полюс та магніт.

Мембранний кінець річ, яка вібрує і штовхає вібрацію в повітря, і, таким чином, змінюючи тиск повітря. Через форму конуса діафрагма називається діафрагмовим конусом.

Павук є важливим компонентом, який відповідає за належне рух діафрагми Speaker. Це гарантує, що коли конус буде вібрувати, він не торкнеться рамки динаміка.

Крім того, обшивка, яка є гумовим або піноподібним матеріалом, забезпечує додаткову підтримку конуса. Діафрагмовий конус кріпиться за допомогою електромагнітної котушки. Ця котушка може вільно рухатися вгору-вниз, всередині полюса та постійного магніту.

Ця котушка є електричною частиною динаміка. Коли ми подаємо синусоїдальну хвилю на динамік, голосова котушка змінює магнітну полярність і рухається вгору і вниз, що в результаті створює вібрації в конусі. Далі вібрація передається в повітря, тягнучи або штовхаючи повітря і змінюючи тиск повітря, створюючи таким чином звук.

Моделювання динаміка в електричному ланцюзі

Гучномовець є головним компонентом для всіх схем підсилювача звуку, механічно динамік працює з великою кількістю фізичних компонентів. Якщо ми складемо список, то пункти розгляду будуть -

Відповідність підвіски - це властивість матеріалу, в якому матеріал зазнає еластичної деформації або відчуває зміну об’єму, коли на нього діє сила дії.
Опір підвіски - Це навантаження, конус звернений під час руху з підвіски. Він також відомий як механічне демпфування.
Рухома маса - це загальна маса котушки, конуса тощо.
Навантаження повітря, що проштовхується через водія.

Ці чотири вищезазначені моменти стосуються механічних факторів динаміка. Є ще два фактори, присутні електрично,

Індуктивність котушки.
Опір котушки.

Отже, розглянувши всі моменти, ми могли б скласти фізичну модель динаміка, використовуючи мало електроніки або електричних компонентів. Ті, що перевищують 6 точок, можна змоделювати за допомогою трьох основних пасивних компонентів: резисторів, індукторів та конденсаторів, які позначаються як схема RLC.

Базова еквівалентна схема гучномовця може бути зроблено тільки з допомогою двох компонентів: резистор і індуктор. Схема буде виглядати так -

На зображенні вище лише один резистор R1 та один індуктор L1 підключені до джерела сигналу змінного струму. Цей резистор R1 представляє опір звукової котушки, а індуктор L1 забезпечує індуктивність звукової котушки. Це найпростіша модель, яка використовується в моделюванні акустичної системи, але, безумовно, вона має обмеження, оскільки це лише електрична модель, і немає можливості визначити здатність акустичної системи та як вона буде реагувати в реальному фізичному сценарії, коли задіяні механічні деталі.

Схема еквівалентного динаміка RLC

Отже, ми бачили базову модель динаміка, але щоб вона працювала належним чином, нам потрібно додати механічні деталі з реальними фізичними компонентами в цю еквівалентну модель динаміка. Давайте подивимося, як ми можемо це зробити. Але перш ніж це зрозуміти, давайте проаналізуємо, які компоненти потрібні і яка їх мета.

Для відповідності підвіски можна використовувати індуктор, оскільки відповідність підвіски має прямий зв’язок із певною зміною потоку струму через голосову котушку.

Наступним параметром є опір підвіски. Оскільки це тип навантаження, який створюється підвіскою, для цього можна вибрати резистор.

Ми можемо вибрати конденсатор для рухомої маси, яка включає котушки, масу конуса. І далі ми знову можемо вибрати конденсатор для повітряного навантаження, який також збільшує масу конуса; це також важливий параметр для створення еквівалентної моделі динаміка.

Отже, ми вибрали один індуктор для відповідності підвіски, один резистор для опору підвіски та два конденсатори для нашого повітряного навантаження та рухомої маси.

Тепер наступна важлива річ - як підключити все це, щоб зробити електричну еквівалентну модель динаміка. Опір (R1) та котушка індуктивності (L1) знаходяться в послідовному з'єднанні, яке є первинним і яке є змінним, використовуючи паралельні механічні фактори. Отже, ми будемо з’єднувати ці компоненти паралельно з R1 та L1.

Кінцева схема буде такою -

Ми додали компоненти паралельно з R1 та L1. C1 та C2 означатимуть рухому масу та повітряне навантаження відповідно, L2 забезпечують відповідність підвіски, а R2 - опір підвіски.

Отже, остаточна еквівалентна схема колонки за допомогою RLC показана нижче. На цьому зображенні представлена точна еквівалентна модель динаміка з використанням резистора, індуктора та конденсатора.

Де, Rc - Опір котушки, Lc - Індуктивність котушки, Cmems - Ємність рухомої маси, Lsc - Індуктивність відповідності підвіски, Rsr - Опір підвіски та Cal - Ємність повітряного навантаження.

Тіле / малі параметри в дизайні динаміків

Тепер ми отримали еквівалентну модель, але як розрахувати значення компонентів. Для цього нам потрібні малі параметри гучномовця Тіле .

Малі параметри отримуються з вхідного опору динаміка, коли вхідний опір такий самий, як і резонансна частота, а механічна поведінка динаміка фактично лінійна.

Параметри Тіле забезпечують наступне:

Параметри	Опис	Одиниця
	Загальний коефіцієнт Q	Без одиниць
	Механічний коефіцієнт Q	Без одиниць
	Електричний коефіцієнт Q	Без одиниць
	Резонансна частота	Гц
	Опір підвіски	Н. с / м
	Загальна рухома маса	Кг
	Ефективна зона водія	Кв
	Еквівалентний акустичний об'єм	М3
	Лінійний хід звукової котушки	М
	Частотна характеристика	Гц або кГц
	Об'ємний об'єм водія	М3
	Опір голосової котушки	Ом
	Індуктивність котушки	Генрі або Мілі Генрі
	Фактор сили	Тесла / метри
	Відповідність підвіски водія	Метрів за Ньютон

З цих параметрів ми можемо створити еквівалентну модель, використовуючи прості формули.

Значення Rc і Lc можна безпосередньо вибрати з опору котушки та індуктивності. Для інших параметрів ми можемо використовувати наступні формули -

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

Якщо середньоквадратичне значення не вказане, то ми можемо визначити це з наступного рівняння -

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

Побудова еквівалентної схеми динаміків RLC з реальними даними

Коли ми дізналися, як визначити еквівалентні значення для компонентів, давайте працювати з деякими реальними даними та імітувати динамік.

Ми вибрали колонку 12S330 з колонок BMS. Ось посилання на те саме.

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

Для акустичної системи в Тіле параметри є

З цих параметрів Тіле ми обчислимо еквівалентні значення,

Отже, ми розрахували значення кожного компонента, який буде використовуватися для еквівалентної моделі 12S330 . Давайте зробимо модель у Pspice.

Ми надали значення для кожного компонента, а також перейменували джерело сигналу на V1. Ми створили симуляційний профіль-

Ми налаштували розгортку постійного струму, щоб отримати аналіз великої частоти від 5 Гц до 20000 Гц зі 100 балами за десятиліття в логарифмічній шкалі.

Далі ми підключили зонд через нашу еквівалентну вхідну модель динаміка -

Ми додали напругу та струм на Rc, опір звукової котушки. Ми перевіримо опір на цьому резисторі. Для цього, як відомо, V = IR, і якщо розділити V + джерела змінного струму на струм, що протікає через резистор Rc, ми отримаємо імпеданс.

Отже, ми додали трасування з формулою V (V1: +) / I (Rc) .

І нарешті, ми отримуємо графік імпедансу нашої еквівалентної моделі колонок 12S330.

Ми можемо бачити графік імпедансу та як імпеданс гучномовця змінюється залежно від частоти

Ми можемо змінювати значення відповідно до наших потреб, і тепер ми можемо використовувати цю модель для реплікації фактичного динаміка 12S330 .