Simuler højttaler med tilsvarende RCLC-kredsløb

Hvis du arbejder med et lydrelateret projekt, er den mindst berørte komponent højttaleren, men højttaleren er en vigtig del af ethvert lydrelateret kredsløb. En god højttaler kan tilsidesætte lyde og kan give et jævnt output, hvorimod en dårlig højttaler kan ødelægge alle dine bestræbelser, selv resten af kredsløbet er usædvanligt god.

Så det er vigtigt at vælge den rette højttaler, da det er den, der producerer det endelige output for slutgruppen. Men som vi alle ved, er alle komponenterne ikke altid let tilgængelige, mens vi laver et kredsløb, og nogle gange kunne vi ikke bestemme, hvad der bliver output, hvis vi vælger en bestemt højttaler, eller nogle gange har vi en højttaler, men ikke har kabinettet. Så dette er en stor bekymring, da højttalerudgangen kan være helt forskellig i forskellige typer akustiske miljøer.

Så hvordan bestemmer jeg, hvad højttalersvaret vil være i en anden situation? Eller hvad bliver kredsløbskonstruktionen? Nå, denne artikel vil dække dette emne. Vi forstår, hvordan højttaleren fungerer og konstruerer en RLC-ækvivalent model af højttaler. Dette kredsløb vil også fungere som et godt værktøj til at simulere højttalere i nogle specifikke applikationer.

Konstruktion af en højttaler

Højttaler fungerer som en energiomformer, der konverterer elektrisk energi til mekanisk energi. En højttaler har to konstruktionsniveauer, den ene er mekanisk og den anden er den elektriske.

I nedenstående billede kan vi se tværsnittet af en højttaler.

Vi kan se en højttalerramme eller montering, der holder komponenterne inde og ude. Komponenterne er støvhætte, stemmespiral, membrankegle, højttalerspider, pol og magnet.

Den Membran er slutningen ting, som vibrerer og skubber vibrationer til luften og dermed ændre lufttrykket. På grund af sin kegleform kaldes membranen som membrankegle.

Den edderkop er en vigtig komponent, som er ansvarlig for den korrekte bevægelse af Speaker membranen. Det sikrer, at når keglen vibrerer, rører den ikke højttalerrammen.

Også surround, der er gummi eller skumlignende materiale, giver den yderligere støtte til Cone. Membrankeglen er fastgjort med en elektromagnetisk spole. Denne spole kan frit bevæge sig i opadgående position inde i stangen og den permanente magnet.

Denne spole er den elektriske del af højttaleren. Når vi leverer sinusformet bølge til højttaleren, ændrer stemmespolen den magnetiske polaritet og bevæger sig op og ned, hvilket resulterer i vibrationer i keglen. Vibrationen overføres yderligere til luften ved enten at trække i eller skubbe te luft og foretage ændringer i lufttrykket og derved skabe lyd.

Modellering af en højttaler i det elektriske kredsløb

Højttaler er hovedkomponenten til alle lydforstærkerkredsløb, mekanisk fungerer en højttaler med masser af fysiske komponenter. Hvis vi laver en liste, vil overvejelsespunkterne være-

Suspensionsoverensstemmelse - Dette er egenskaben ved et materiale, hvor materialet går under elastisk deformation eller oplever volumenændring, når det udsættes for en påført kraft.
Suspensionsmodstand - Det er belastningen, keglen vender, når den bevæger sig fra ophænget. Det er også kendt som mekanisk dæmpning.
Bevægelig masse - Det er den samlede masse af spolen, keglen osv.
Belastning af luften, der skubber gennem føreren.

Disse over fire punkter stammer fra højttalerens mekaniske faktorer. Der er yderligere to faktorer, der er til stede elektrisk,

Spoleinduktans.
Spolemodstand.

Så ved at overveje alle punkterne kunne vi lave en fysisk model af højttaleren ved hjælp af få elektronik eller elektriske komponenter. De over 6 punkter kan modelleres ved hjælp af tre basale passive komponenter: Modstande, induktorer og kondensatorer, der betegnes som RLC-kredsløb.

Et grundlæggende ækvivalent kredsløb for højttaleren kan kun laves ved hjælp af to komponenter: Modstand og Induktor. Kredsløbet vil se sådan ud -

På billedet ovenfor er kun en enkelt modstand R1 og en enkelt induktor L1 forbundet med en AC-signalkilde. Denne modstand R1 repræsenterer stemmespoles modstand, og induktoren L1 tilvejebringer stemmespolinduktansen. Dette er den enkleste model, der anvendes i højttalersimulering, men bestemt har den begrænsning, fordi den kun er en elektrisk model, og der er ikke mulighed for at bestemme højttalerens evne, og hvordan den vil reagere i det faktiske fysiske scenarie, hvor mekaniske dele er involveret.

Højttalerækvivalent RLC-kredsløb

Så vi har set en grundlæggende model af højttaler, men for at få den til at fungere ordentligt, er vi nødt til at tilføje mekaniske dele med faktiske fysiske komponenter i den højttalerækvivalente model. Lad os se, hvordan vi kan gøre det. Men inden vi forstår dette, lad os analysere, hvilke komponenter der er behov for, og hvad er formålet med dem.

Til suspensionskompatibilitet kan en induktor bruges, fordi suspensionskonformiteten har en direkte forbindelse med den bestemte ændring i strømgennemstrømningen gennem stemmespolen.

Næste parameter er Suspensionsmodstanden. Da det er en type belastning, der er skabt af suspensionen, kan en modstand vælges til dette formål.

Vi kan vælge en kondensator til den bevægelige masse, som inkluderer spoler, keglens masse. Og yderligere kan vi vælge en kondensator igen til luftbelastningen, hvilket også øger keglens masse; det er også en vigtig parameter til oprettelse af en ækvivalent model.

Så vi har valgt en induktor til Suspension Compliance, en modstand til suspensionmodstand og to kondensatorer til vores luftbelastning og bevægelig masse.

Nu er den næste vigtige ting, hvordan man forbinder alle disse for at lave en elektrisk ækvivalent model af højttalere. Modstanden (R1) og induktoren (L1) er i serieforbindelse, som er primær, og som er variabel ved hjælp af de parallelle mekaniske faktorer. Så vi forbinder disse komponenter parallelt med R1 og L1.

Det endelige kredsløb vil være sådan-

Vi har tilføjet komponenter parallelt med R1 og L1. C1 og C2 betegner henholdsvis den bevægelige masse og luftbelastningen, L2 giver overholdelse af suspensionen og R2 er suspensionens modstand.

Så det endelige ækvivalente kredsløb for højttaleren ved hjælp af RLC er vist nedenfor. Dette billede viser en nøjagtig ækvivalent model af højttaleren ved hjælp af modstand, induktor og kondensator.

Hvor, Rc - Coil Resistance, Lc - Coil induktans, Cmems - Moving masse kapacitans, Lsc - Induktans af suspension Compliance, Rsr - Suspension Modstand og Cal - Kapacitans af luften belastning.

Thiele / små parametre i højttalerdesign

Nu har vi den tilsvarende model, men hvordan man beregner komponentens værdi. Til dette har vi brug for Thiele små parametre til højttaleren.

De små parametre stammer fra højttalerens indgangsimpedans, når indgangsimpedansen er den samme som resonansfrekvensen, og højttalerens mekaniske opførsel er lineær.

Thiele Parameters giver følgende ting-

Parametre	Beskrivelse	Enhed
	Samlet Q-faktor	Enhedsfri
	Mekanisk Q-faktor	Enhedsfri
	Elektrisk Q-faktor	Enhedsfri
	Resonansfrekvens	Hz
	Suspensionens modstand	N. s / m
	Samlet bevægelig masse	Kg
	Effektivt driverområde	Kvadratmeter
	Tilsvarende akustisk lydstyrke	Cu.m
	Lineær stemmespole	M
	Frekvensrespons	Hz eller kHz
	Volumen forskydning af førerenhed	Cu.m
	Modstanden fra stemmespolen	Ohms
	Spoleinduktans	Henry eller Mili Henry
	Force Factor	Tesla / meter
	Overholdelse af førersuspension	Meter pr. Newton

Fra disse parametre kan vi oprette en ækvivalent model ved hjælp af enkle formler.

Værdien af Rc og Lc kan vælges direkte fra spolemodstand og induktans. For andre parametre kan vi bruge følgende formler -

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

Hvis Rms ikke er givet, kan vi bestemme det ud fra følgende ligning-

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

Bygger RLC-ækvivalent højttalerkredsløb med reelle data

Da vi lærte at bestemme de ækvivalente værdier for komponenterne, lad os arbejde med nogle reelle data og simulere højttalere.

Vi valgte 12S330 højttaler fra BMS højttalere. Her er linket til det samme.

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

For højttaleren de Thiele parametre er

Fra disse Thiele-parametre beregner vi de ækvivalente værdier,

Så vi beregnede værdierne for hver komponent, der skal bruges til en 12S330- ækvivalent model. Lad os lave modellen i Pspice.

Vi leverede værdierne til hver komponent og omdøbte også signalkilden til V1. Vi oprettede en simuleringsprofil-

Vi konfigurerede DC-fejningen for at få den store frekvensanalyse fra 5 Hz til 20000 Hz ved 100 point pr. Årti i logaritmisk skala.

Dernæst forbandt vi sonden på tværs af vores tilsvarende højttalermodelindgang -

Vi tilføjede spændings- og strømspor over Rc, modstanden fra stemmespolen. Vi vil kontrollere impedansen på tværs af denne modstand. For at gøre dette, som vi ved, V = IR, og hvis vi deler V + af AC-kilde med strømmen, der strømmer gennem modstanden Rc, får vi impedansen.

Så vi tilføjede et spor med V (V1: +) / I (Rc) formel.

Og endelig får vi Impedance-plottet for vores tilsvarende højttalermodel på 12S330.

Vi kan se impedansplottet, og hvordan højttalerimpedansen ændres afhængigt af frekvens-

Vi kan ændre værdierne efter vores behov, og vi kan nu bruge denne model til at replikere den aktuelle 12S330- højttaler.