Simulujte reproduktor s ekvivalentním obvodem rlc

Pokud pracujete s jakýmkoli projektem souvisejícím se zvukem, nejméně dotčenou komponentou je reproduktor, ale reproduktor je nezbytnou součástí jakéhokoli obvodu souvisejícího se zvukem. Dobrý reproduktor může potlačit zvuky a poskytnout hladký výstup, zatímco špatný reproduktor může zničit veškeré vaše úsilí, i když je zbytek obvodu výjimečně dobrý.

Je tedy důležité vybrat správného reproduktoru, který produkuje konečný výstup pro koncové publikum. Ale jak všichni víme, při vytváření obvodu nejsou všechny komponenty vždy snadno dostupné a někdy jsme nemohli určit, jaký bude výstup, pokud vybereme konkrétního reproduktoru nebo někdy máme reproduktor, ale nemáme přílohu. Jedná se tedy o velký problém, protože výstup reproduktoru se může v různých typech akustického prostředí zcela lišit.

Jak tedy určit, jaká bude odezva řečníka v jiné situaci? Nebo jaká bude konstrukce obvodu? Tento článek se bude věnovat tomuto tématu. Pochopíme, jak reproduktor funguje, a postavíme ekvivalentní model RLC reproduktoru. Tento obvod bude také sloužit jako dobrý nástroj pro simulaci reproduktoru v některých konkrétních aplikacích.

Konstrukce reproduktoru

Reproduktor funguje jako převodník energie, který převádí elektrickou energii na mechanickou energii. Reproduktor má dvě úrovně konstrukcí, jednu mechanickou a druhou elektrickou.

Na následujícím obrázku vidíme průřez reproduktoru.

Vidíme rám reproduktoru nebo držák, který drží komponenty uvnitř i vně. Komponenty jsou Dust cap, Voice coil, Diaphragm Cone, Speaker Spider, Pole a Magnet.

Membrána je konec věc, která vibruje a tlačí vibrace vzduchu a mění tak tlak vzduchu. Díky svému tvaru kužele se membrána označuje jako membránový kužel.

Pavouk je důležitou složkou, který je zodpovědný za správný pohyb membrány reproduktoru. Zajišťuje, že když bude kužel vibrovat, nedotkne se rámu reproduktoru.

Také rám, který je z pryže nebo pěnového materiálu, poskytuje kužel další podporu. Kužel membrány je připevněn elektromagnetickou cívkou. Tato cívka se může volně pohybovat v poloze nahoru-dolů uvnitř tyče a permanentního magnetu.

Tato cívka je elektrická část reproduktoru. Když poskytneme reproduktoru sinusovou vlnu, kmitací cívka změní magnetickou polaritu a pohybuje se nahoru a dolů, což ve výsledku vytváří vibrace v kuželu. Vibrace se dále přenášely do vzduchu tahem nebo tlakem vzduchu a prováděním změn tlaku vzduchu, čímž se vytváří zvuk.

Modelování reproduktoru do elektrického obvodu

Reproduktor je hlavní komponentou všech obvodů audio zesilovače, mechanicky reproduktor pracuje se spoustou fyzických komponent. Pokud vytvoříme seznam, pak body pro uvážení budou -

1. Shoda s odpružením - Jedná se o vlastnost materiálu, ve kterém materiál prochází elastickou deformací nebo dochází ke změně objemu, když je vystaven působící síle.
2. Odpor zavěšení - Jedná se o zatížení, kužel směřuje při pohybu ze zavěšení. To je také známé jako mechanické tlumení.
3. Pohybující se hmota - Je to celková hmotnost cívky, kužele atd.
4. Zatížení vzduchu, které tlačí řidičem.

Tyto výše uvedené čtyři body pocházejí z mechanických faktorů reproduktoru. Existují dva další faktory, které jsou přítomny elektricky,

1. Indukčnost cívky.
2. Odpor cívky.

Když vezmeme v úvahu všechny body, mohli bychom vytvořit fyzický model reproduktoru pomocí několika elektronik nebo elektrických komponent. Těchto více než 6 bodů lze modelovat pomocí tří základních pasivních komponent: rezistory, induktory a kondenzátory, které se označují jako obvod RLC.

Základní náhradní obvod reproduktoru může být provedena pouze s použitím dvou komponent: rezistor a induktoru. Okruh bude vypadat takto-

Na výše uvedeném obrázku je ke zdroji střídavého signálu připojen pouze jeden rezistor R1 a jediný induktor L1. Tento rezistor R1 představuje odpor kmitací cívky a induktor L1 zajišťuje indukčnost kmitací cívky. Toto je nejjednodušší model použitý v simulaci reproduktoru, ale určitě má omezení, protože se jedná pouze o elektrický model a není zde žádný prostor pro určení schopnosti reproduktoru a toho, jak bude reagovat ve skutečném fyzickém scénáři, kde jsou zapojeny mechanické součásti.

Obvod RLC ekvivalentní reproduktoru

Viděli jsme tedy základní model reproduktoru, ale aby to fungovalo správně, musíme do tohoto ekvivalentního modelu reproduktoru přidat mechanické části se skutečnými fyzickými součástmi. Uvidíme, jak to dokážeme. Ale než to pochopíme, analyzujme, jaké komponenty jsou potřebné a jaký je jejich účel.

Pro Suspension Compliance lze použít induktor, protože Suspension Compliance má přímé spojení s určitou změnou toku proudu kmitací cívkou.

Dalším parametrem je Suspension Resistance. Jelikož se jedná o typ zátěže, která je vytvořena zavěšením, lze pro tento účel zvolit odpor.

Můžeme vybrat kondenzátor pro pohybující se hmotu, který zahrnuje cívky, hmotnost kužele. A dále můžeme znovu zvolit kondenzátor pro zatížení vzduchem, což také zvyšuje hmotnost kužele; je to také důležitý parametr pro vytvoření ekvivalentního modelu reproduktoru.

Takže jsme vybrali jeden induktor pro Suspension Compliance, jeden rezistor pro odpor suspenze a dva kondenzátory pro naše zatížení vzduchem a pohybující se hmotou.

Další důležitou věcí nyní je, jak je všechny propojit a vytvořit elektrický ekvivalentní model reproduktoru. Odpor (R1) a induktor (L1) jsou v sériovém zapojení, které je primární a které je proměnné pomocí paralelních mechanických faktorů. Tyto komponenty tedy propojíme paralelně s R1 a L1.

Závěrečný okruh bude takový -

Přidali jsme komponenty paralelně s R1 a L1. C1 a C2 označují pohybující se hmotu a zatížení vzduchu, L2 zajišťují shodu s odpružením a R2 bude odpor odpružení.

Takže konečný ekvivalentní obvod reproduktoru pomocí RLC je uveden níže. Tento obrázek ukazuje přesný ekvivalentní model reproduktoru využívajícího rezistor, induktor a kondenzátor.

Kde, Rc - odpor cívky, Lc - indukčnost cívky, Cmems - pohyblivá hmotnostní kapacita, Lsc - indukčnost shody suspenze, Rsr - odpor suspenze a Cal - kapacita zátěže vzduchu.

Thiele / malé parametry v designu reproduktorů

Nyní jsme dostali ekvivalentní model, ale jak vypočítat hodnotu komponent. K tomu potřebujeme malé parametry Thiele reproduktoru.

Malé parametry jsou odvozeny ze vstupní impedance reproduktoru, když je vstupní impedance stejná jako rezonanční frekvence a mechanické chování reproduktoru je účinně lineární.

Parametry Thiele poskytnou následující věci -

Parametry	Popis	Jednotka
	Celkový faktor Q	Bez jednotky
	Mechanický Q faktor	Bez jednotky
	Elektrický Q faktor	Bez jednotky
	Rezonanční frekvence	Hz
	Odpor zavěšení	N. s / m
	Celková pohyblivá hmotnost	Kg
	Efektivní oblast řidiče	Sq.m
	Ekvivalentní akustická hlasitost	Cu.m
	Lineární pohyb kmitací cívky	M
	Frekvenční odezva	Hz nebo kHz
	Objemový objem jednotky řidiče	Cu.m
	Odpor kmitací cívky	Ohmy
	Indukčnost cívky	Henry nebo Mili Henry
	Faktor síly	Tesla / metry
	Soulad s pozastavením řidiče	Metrů na Newton

Z těchto parametrů můžeme vytvořit ekvivalentní model pomocí jednoduchých vzorců.

Hodnoty Rc a Lc lze přímo zvolit z odporu cívky a indukčnosti. U dalších parametrů můžeme použít následující vzorce -

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

Pokud Rms není dána, můžeme ji určit z následující rovnice -

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

Budování ekvivalentního obvodu reproduktorů RLC se skutečnými daty

Jak jsme se naučili, jak určit ekvivalentní hodnoty pro komponenty, pojďme pracovat s některými skutečnými daty a simulovat reproduktor.

Vybrali jsme reproduktor 12S330 z reproduktorů BMS. Zde je odkaz na stejné.

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

Pro reproduktor se Thiele parametry jsou

Z těchto parametrů Thiele vypočítáme ekvivalentní hodnoty,

Takže jsme vypočítali hodnoty každé komponenty, které mají být použity pro ekvivalentní model 12S330 . Vytvořme model v Pspice.

Hodnoty jsme poskytli každému komponentu a také jsme zdroj signálu přejmenovali na V1. Vytvořili jsme simulační profil

Nakonfigurovali jsme DC sweep, abychom získali logiku velkého kmitočtu od 5 Hz do 20 000 Hz při 100 bodech za desetiletí v logaritmickém měřítku.

Dále jsme připojili sondu přes náš ekvivalentní model reproduktoru vstup-

Přidali jsme stopu napětí a proudu přes Rc, odpor kmitací cívky. Zkontrolujeme impedanci přes tento rezistor. K tomu, jak víme, V = IR a pokud rozdělíme V + zdroje střídavého proudu na proud protékající rezistorem Rc, dostaneme impedanci.

Přidali jsme tedy stopu pomocí vzorce V (V1: +) / I (Rc) .

A nakonec dostaneme graf impedance našeho ekvivalentního modelu reproduktoru 12S330.

Vidíme graf impedance a jak se mění impedance reproduktoru v závislosti na frekvenci

Můžeme změnit hodnoty podle našich potřeb a nyní můžeme tento model použít k replikaci skutečného reproduktoru 12S330 .