Προσομοίωση ηχείου με αντίστοιχο κύκλωμα rlc

Εάν εργάζεστε με οποιοδήποτε έργο που σχετίζεται με τον ήχο, το λιγότερο ενδιαφερόμενο στοιχείο είναι το ηχείο, αλλά το ηχείο είναι ουσιαστικό μέρος οποιουδήποτε κυκλώματος που σχετίζεται με τον ήχο. Ένα καλό ηχείο μπορεί να παρακάμψει τους θορύβους και να παρέχει ομαλή έξοδο, ενώ ένα κακό ηχείο μπορεί να καταστρέψει όλες τις προσπάθειές σας, ακόμη και το υπόλοιπο κύκλωμα είναι εξαιρετικά καλό.

Έτσι, είναι σημαντικό να επιλέξετε το κατάλληλο ηχείο, καθώς είναι αυτό που παράγει τελική παραγωγή για το κοινό. Όμως, όπως όλοι γνωρίζουμε, κατά τη δημιουργία ενός κυκλώματος, όλα τα εξαρτήματα δεν είναι πάντα άμεσα διαθέσιμα και μερικές φορές δεν θα μπορούσαμε να καθορίσουμε ποια θα είναι η έξοδος εάν επιλέξουμε ένα συγκεκριμένο ηχείο ή μερικές φορές έχουμε ένα ηχείο αλλά δεν έχουμε το περίβλημα. Αυτό αποτελεί μεγάλη ανησυχία, καθώς η έξοδος των ηχείων μπορεί να είναι εντελώς διαφορετική σε διαφορετικούς τύπους ακουστικών περιβαλλόντων.

Λοιπόν, πώς να προσδιορίσετε ποια θα είναι η απάντηση του ομιλητή σε μια διαφορετική κατάσταση; Ή, ποια θα είναι η κατασκευή κυκλώματος; Λοιπόν, αυτό το άρθρο θα καλύψει αυτό το θέμα. Θα καταλάβουμε πώς λειτουργεί το ηχείο και θα κατασκευάσουμε ένα αντίστοιχο μοντέλο ηχείου RLC. Αυτό το κύκλωμα θα χρησιμεύσει επίσης ως καλό εργαλείο για την προσομοίωση του ηχείου σε ορισμένες συγκεκριμένες εφαρμογές.

Κατασκευή ηχείου

Το ηχείο ενεργεί ως μετατροπέας ενέργειας, ο οποίος μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια. Ένα ηχείο έχει δύο επίπεδα κατασκευών, το ένα είναι Μηχανικό και το άλλο είναι το Ηλεκτρικό.

Στην παρακάτω εικόνα μπορούμε να δούμε τη διατομή ενός μεγαφώνου.

Μπορούμε να δούμε ένα πλαίσιο ηχείου ή μια βάση που συγκρατεί τα εξαρτήματα στο εσωτερικό και το εξωτερικό. Τα εξαρτήματα είναι Dust cap, Voice coil, Diaphragm Cone, Speaker Spider, Pole και Magnet.

Το διάφραγμα είναι το τελικό πράγμα που δονείται και ωθεί τους κραδασμούς στον αέρα και έτσι αλλάζει την πίεση του αέρα. Λόγω του κώνου του σχήματος, το διάφραγμα αναφέρεται ως διάφραγμα κώνου.

Η αράχνη είναι ένα σημαντικό συστατικό που είναι υπεύθυνο για τη σωστή κίνηση του διαφράγματος του ηχείου. Εξασφαλίζει ότι όταν ο κώνος θα δονείται, δεν θα αγγίζει το πλαίσιο του ηχείου.

Επίσης, το περίβλημα, το οποίο είναι από καουτσούκ ή αφρώδες υλικό, παρέχει την πρόσθετη υποστήριξη στον κώνο. Ο κώνος του διαφράγματος είναι συνδεδεμένος με ένα ηλεκτρομαγνητικό πηνίο. Αυτό το πηνίο μπορεί να κινηθεί ελεύθερα σε θέση πάνω-κάτω μέσα στον πόλο και τον Μόνιμο Μαγνήτη.

Αυτό το πηνίο είναι το ηλεκτρικό μέρος του ηχείου. Όταν παρέχουμε ημιτονοειδές κύμα στο ηχείο, το πηνίο φωνής αλλάζει τη μαγνητική πολικότητα και κινείται πάνω-κάτω, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται δονήσεις στον κώνο. Η δόνηση μεταφέρθηκε περαιτέρω στον αέρα τραβώντας ή πιέζοντας τον αέρα και κάνοντας αλλαγές στην πίεση του αέρα, δημιουργώντας έτσι ήχο.

Μοντελοποίηση ηχείου στο ηλεκτρικό κύκλωμα

Το ηχείο είναι το κύριο συστατικό για όλα τα κυκλώματα ενισχυτή ήχου, μηχανικά, ένα ηχείο λειτουργεί με πολλά φυσικά στοιχεία. Εάν κάνουμε μια λίστα, τότε τα σημεία εξέτασης θα είναι-

Συμμόρφωση ανάρτησης - Αυτή είναι η ιδιότητα ενός υλικού στο οποίο το υλικό υποβάλλεται σε ελαστική παραμόρφωση ή βιώνει τη μεταβολή του όγκου όταν υπόκειται σε μια ασκήσιμη δύναμη.
Αντίσταση ανάρτησης - Είναι το φορτίο, ο κώνος βλέπει ενώ κινείται από την ανάρτηση. Είναι επίσης γνωστό ως μηχανική απόσβεση.
Moving Mass - Είναι η συνολική μάζα του Coil, Cone κ.λπ.
Φορτίο αέρα που διαπερνά τον οδηγό.

Αυτά τα τέσσερα παραπάνω σημεία προέρχονται από μηχανικούς παράγοντες του ηχείου. Υπάρχουν δύο ακόμη παράγοντες που υπάρχουν ηλεκτρικά,

Επαγωγή πηνίου.
Αντίσταση πηνίου.

Έτσι, λαμβάνοντας υπόψη όλα τα σημεία, θα μπορούσαμε να φτιάξουμε ένα φυσικό μοντέλο του ηχείου χρησιμοποιώντας λίγα ηλεκτρονικά ή ηλεκτρικά εξαρτήματα. Αυτά τα παραπάνω 6 σημεία μπορούν να μοντελοποιηθούν χρησιμοποιώντας τρία βασικά παθητικά συστατικά: Αντιστάσεις, επαγωγείς και πυκνωτές που δηλώνονται ως κύκλωμα RLC.

Ένα βασικό ισοδύναμο κύκλωμα του ηχείου μπορεί να γίνει μόνο με τη χρήση δύο εξαρτημάτων: Αντίσταση και επαγωγέας. Το κύκλωμα θα μοιάζει με αυτό-

Στην παραπάνω εικόνα, μόνο ένα Resistor R1 και ένα Inductor L1 είναι συνδεδεμένα με μια πηγή σήματος AC. Αυτή η αντίσταση R1 αντιπροσωπεύει την αντίσταση πηνίου φωνής και το πηνίο L1 παρέχει την επαγωγή πηνίου φωνής. Αυτό είναι το απλούστερο μοντέλο που χρησιμοποιείται στην προσομοίωση ηχείων, αλλά σίγουρα έχει περιορισμό, διότι είναι μόνο ένα ηλεκτρικό μοντέλο και δεν υπάρχει δυνατότητα προσδιορισμού της ικανότητας των ηχείων και πώς θα αντιδράσει σε πραγματικό φυσικό σενάριο όπου εμπλέκονται μηχανικά μέρη.

Ισοδύναμο κύκλωμα RLC ηχείων

Επομένως, έχουμε δει ένα βασικό μοντέλο ηχείου, αλλά για να λειτουργήσει σωστά, πρέπει να προσθέσουμε μηχανικά εξαρτήματα με πραγματικά φυσικά στοιχεία σε αυτό το αντίστοιχο μοντέλο ηχείου. Ας δούμε πώς μπορούμε να το κάνουμε. Πριν όμως κατανοήσουμε αυτό, ας αναλύσουμε ποια συστατικά χρειάζονται και ποιος είναι ο σκοπός τους.

Για τη συμμόρφωση ανάρτησης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας επαγωγέας, επειδή η συμμόρφωση ανάρτησης έχει άμεση σύνδεση με τη συγκεκριμένη αλλαγή της ροής ρεύματος μέσω του πηνίου φωνής.

Η επόμενη παράμετρος είναι η Αντίσταση ανάρτησης. Δεδομένου ότι είναι ένας τύπος φορτίου που δημιουργείται από την ανάρτηση, μπορεί να επιλεγεί μια αντίσταση για το σκοπό αυτό.

Μπορούμε να επιλέξουμε έναν πυκνωτή για την κινούμενη μάζα, η οποία περιλαμβάνει πηνία, τη μάζα του κώνου. Και περαιτέρω μπορούμε να επιλέξουμε ξανά έναν πυκνωτή για το φορτίο αέρα που αυξάνει επίσης τη μάζα του κώνου. Είναι επίσης μια σημαντική παράμετρος για τη δημιουργία ενός αντίστοιχου μοντέλου ηχείου.

Έτσι, επιλέξαμε έναν επαγωγέα για τη συμμόρφωση ανάρτησης, έναν αντιστάτη για αντοχή στην ανάρτηση και δύο πυκνωτές για το φορτίο αέρα και την κινούμενη μάζα.

Τώρα, το επόμενο σημαντικό πράγμα είναι πώς να συνδέσετε όλα αυτά για να δημιουργήσετε ένα ηλεκτρικό ισοδύναμο μοντέλο ηχείου. Η αντίσταση (R1) και ο επαγωγέας (L1) είναι σε σειρά σύνδεση, η οποία είναι πρωτογενής και η οποία μεταβάλλεται χρησιμοποιώντας τους παράλληλους μηχανικούς παράγοντες. Έτσι, θα συνδέσουμε αυτά τα στοιχεία παράλληλα με τα R1 και L1.

Το τελικό κύκλωμα θα είναι έτσι-

Έχουμε προσθέσει στοιχεία σε παράλληλη σύνδεση με τα R1 και L1. Τα C1 και C2 υποδηλώνουν την κινούμενη μάζα και το φορτίο αέρα αντίστοιχα, το L2 παρέχει Ανάρτηση συμμόρφωσης και το R2 θα είναι η αντοχή στην ανάρτηση.

Έτσι, το τελικό ισοδύναμο κύκλωμα του ηχείου που χρησιμοποιεί RLC φαίνεται παρακάτω. Αυτή η εικόνα δείχνει ένα ακριβές ισοδύναμο μοντέλο του ηχείου χρησιμοποιώντας το Resistor, Inductor και πυκνωτή.

Σε περίπτωση που, Rc - Coil Αντίσταση, Lc - επαγωγικό πηνίο, Cmems - Μετακίνηση μάζα χωρητικότητα, Lsc - Επαγωγικότητα Αναστολή Συμμόρφωσης, Rsr - Αναστολή Αντίσταση και Cal - Χωρητικότητα του φορτίου αέρα.

Thiele / Μικρές παράμετροι στη σχεδίαση ηχείων

Τώρα έχουμε το αντίστοιχο μοντέλο, αλλά πώς να υπολογίσουμε την αξία των στοιχείων. Για αυτό, χρειαζόμαστε μικρές παραμέτρους Thiele του ηχείου.

Οι μικρές παράμετροι προέρχονται από την αντίσταση εισόδου του ηχείου όταν η αντίσταση εισόδου είναι η ίδια με τη συχνότητα συντονισμού και η μηχανική συμπεριφορά του ηχείου είναι ουσιαστικά Γραμμική.

Οι παράμετροι Thiele θα παρέχουν τα ακόλουθα πράγματα:

Παράμετροι	Περιγραφή	Μονάδα
	Συνολικός συντελεστής Q	Χωρίς μονάδα
	Μηχανικός παράγοντας Q	Χωρίς μονάδα
	Ηλεκτρικός συντελεστής Q	Χωρίς μονάδα
	Συχνότητα συντονισμού	Ηζ
	Η αντίσταση της ανάρτησης	Ν. S / m
	Συνολική κινούμενη μάζα	Κιλό
	Αποτελεσματική περιοχή οδηγού	Τ.μ.
	Ισοδύναμος ακουστικός όγκος	Π.Μ.
	Γραμμική διαδρομή πηνίου φωνής	Μ
	Απόκριση συχνότητας	Hz ή kHz
	Μετατόπιση όγκου μονάδας οδηγού	Π.Μ.
	Η αντίσταση του πηνίου φωνής	Ωμ
	Επαγωγή πηνίου	Χένρι ή Μίλι Χένρι
	Παράγοντας δύναμης	Tesla / μέτρα
	Συμμόρφωση της αναστολής οδηγού	Μέτρα ανά Newton

Από αυτές τις παραμέτρους, μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα ισοδύναμο μοντέλο χρησιμοποιώντας απλούς τύπους.

Η τιμή των Rc και Lc μπορεί να επιλεγεί απευθείας από την αντίσταση πηνίου και την επαγωγή. Για άλλες παραμέτρους, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τους ακόλουθους τύπους -

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

Εάν τα Rms δεν δίνονται, τότε μπορούμε να το προσδιορίσουμε από την ακόλουθη εξίσωση-

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

Δημιουργία ισοδύναμου κυκλώματος ηχείων RLC με πραγματικά δεδομένα

Καθώς μάθαμε πώς να προσδιορίζουμε τις ισοδύναμες τιμές για τα στοιχεία, ας εργαστούμε με ορισμένα πραγματικά δεδομένα και να προσομοιώσουμε το ηχείο.

Επιλέξαμε το ηχείο 12S330 από τα ηχεία BMS. Εδώ είναι ο σύνδεσμος για το ίδιο.

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

Για το ηχείο οι παράμετροι Thiele είναι

Από αυτές τις παραμέτρους Thiele, θα υπολογίσουμε τις ισοδύναμες τιμές,

Έτσι, υπολογίσαμε τις τιμές κάθε στοιχείου που θα χρησιμοποιηθεί για ισοδύναμο μοντέλο 12S330 . Ας φτιάξουμε το μοντέλο στο Pspice.

Παρέχουμε τις τιμές σε κάθε στοιχείο και μετονομάσαμε επίσης την πηγή σήματος σε V1. Δημιουργήσαμε ένα προφίλ προσομοίωσης-

Διαμορφώσαμε τη σάρωση DC για να κάνουμε την ανάλυση μεγάλης συχνότητας από 5 Hz έως 20000 Hz σε 100 πόντους ανά Δεκαετία σε λογαριθμική κλίμακα.

Στη συνέχεια, συνδέσαμε τον αισθητήρα σε όλα τα αντίστοιχα μοντέλα ηχείων

Προσθέσαμε ίχνη τάσης και ρεύματος σε Rc, την αντίσταση του πηνίου φωνής. Θα ελέγξουμε την αντίσταση σε αυτήν την αντίσταση. Για να το κάνουμε αυτό, όπως γνωρίζουμε, V = IR και αν διαιρέσουμε την πηγή V + του AC με το ρεύμα που ρέει μέσω της αντίστασης Rc, θα λάβουμε την αντίσταση.

Έτσι, προσθέσαμε ένα ίχνος με τον τύπο V (V1: +) / I (Rc) .

Και τέλος, παίρνουμε την πλοκή Impedance του αντίστοιχου μοντέλου ηχείου 12S330.

Μπορούμε να δούμε το σχέδιο αντίστασης και πώς αλλάζει η αντίσταση του ηχείου ανάλογα με τη συχνότητα-

Μπορούμε να αλλάξουμε τις τιμές σύμφωνα με τις ανάγκες μας και τώρα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το μοντέλο για να αναπαραγάγουμε το πραγματικό ηχείο 12S330 .