как узнать сопротивление динамика на определенной частоте

Измерение и расчет параметров Тиля-Смолла

Самыми основными параметрами динамической головки, по которым можно рассчитать и изготовить акустическое оформление (проще говоря – ящик) являются:

Для более серьезного подхода понадобится:

Основным измерением является нахождение Z-кривой на частоте резонанса, которую можно измерить, собрав следующее оборудование:

Большинство генераторов имеют собственную шкалу частоты, но если такой нет, то понадобится еще и частотомер, включенный параллельно на выходе генератора. Вместо генератора можно использовать звуковую плату компьютера и программу с генератором.

Для начала необходимо откалибровать вольтметр. Для этого вместо динамика подсоединяется сопротивление 10 Ом и подбором напряжения, выдаваемого генератором, надо добиться напряжения 0,01 В. Если резистор другого номинала, то напряжение должно соответствовать 1/1000 номинала сопротивления в [Ом]. Например для калибровочного сопротивления 4 Ом напряжение должно быть 0,004 В. После калибровки регулировать выходное напряжение генератора НЕЛЬЗЯ до окончания всех измерений. Измеряемый динамик при этом и всех последующих измерениях должен находиться в свободном пространстве.

Re – сопротивление динамика по постоянному току (Ом)

Подсоединив вместо калибровочного сопротивления динамик и выставив на генераторе частоту, близкую к 0 Гц, мы можем определить его сопротивление постоянному току – Re. Им будет являться показание вольтметра, умноженное на 1000. Впрочем, Re можно замерить и непосредственно омметром.

Fs – частота основного резонанса (Гц)

Резонансная частота динамика находится по пику его импеданса (Z-характеристике). Для ее нахождения плавно изменяйте частоту генератора и смотрите на показания вольтметра. Та частота, на которой напряжение на вольтметре будет максимальным (дальнейшее изменение частоты будет приводить к падению напряжения) и будет являться частотой основного резонанса для этого динамика. Показания вольтметра, умноженные на 1000, дадут сопротивление динамика на резонансной частоте Rmax. Получив похожую кривую импеданса, можно рассчитать остальные параметры.

Ro и Rx – промежуточные сопротивления для последующих расчетов (Ом)

Rx важный параметр, его можно рассчитать по двум формулам. В любом случае, значение Rx должно быть одинаковым:

Rmax – максимальное сопротивление (сопротивление на частоте резонанса);
Re – сопротивление динамика (измеряем точным тестером или на частоте 0 Гц).

Qms – механическая добротность

Fs – частота основного резонанса, найдена ранее;
Ro – промежуточное сопротивление, найдено ранее.
F₁ – первая частота на Z-кривой по уровню Rx;
F₂ – вторая частота на Z-кривой по уровню Rx.

Частоты F₁ и F₂ – это частоты, при которых сопротивление динамика равно Rx. Поскольку Rx всегда меньше Rmax, то и частот будет две – одна меньше Fs, а другая больше. Проверить результаты расчетов можно по следующей формуле:

Если расчетный результат отличается от найденного ранее больше, чем на 1 Гц, то нужно повторить все сначала и более аккуратно.

Qes – электрическая добротность

Qts – полная добротность

Мы нашли и рассчитали основные параметры, по которым можем сделать некоторые выводы:

Sd – эффективная излучающая поверхность диффузора (м 2 )

П – число “пи” математическая постоянная, равная 3,14;
r – радиус, в данном случае половина расстояния от середины ширины резинового подвеса одной стороны до середины резинового подвеса противоположной. Это связано с тем, что половина ширины резинового подвеса также является излучающей поверхностью. Обратите внимание что единица измерения этой площади – квадратные метры. Соответственно и радиус нужно в нее подставлять в метрах.

L – индуктивность катушки динамика (Гн)

Для этого нужны результаты одного из отсчетов из самого первого теста. Понадобится импеданс (полное сопротивление) звуковой катушки на частоте около 1000 Гц. Поскольку реактивная составляющая (XL) отстоит от активной Re на угол 90°, то можно воспользоваться теоремой Пифагора:

Поскольку Z (импеданс катушки на определенной частоте) и Re (сопротивление катушки по постоянному току) известны, то формула преобразуется к:

Z – сопротивление динамика на частоте 1000 Гц;
Re – сопротивление динамика (измеряем точным тестером или на частоте 0 Гц).

Найдя реактивное сопротивление X_L на частоте F можно рассчитать и саму индуктивность по формуле:

X_L – реактивное сопротивление, найденное оп предыдущей формуле;
П – число “пи” математическая постоянная, равная 3,14;
F – частота, на которой определяем индуктивность, обычно 1000 Гц.

Vas – эквивалентный объем

В домашних условиях проще использовать два метода определения эквивалентного объема динамкиа: метод “добавочной массы” и метод “добавочного объема”. Первый из них требует из материалов несколько грузиков известного веса. Можно использовать набор грузиков от аптечных весов или воспользоваться старыми медными монетками 1,2,3 и 5 копеек, поскольку вес такой монетки в граммах соответствует номиналу. Второй метод требует наличия герметичного ящика заранее известного объема с соответствующим отверстием под динамик.

Vas – метод добавочной массы

Для начала нужно равномерно нагрузить диффузор грузом и вновь измерить его резонансную частоту, записав ее как F’s. Она должна быть ниже, чем Fs. Лучше если новая резонансная частота будет меньше на 30-50%. Масса груза берется приблизительно 10 граммов на каждый дюйм диаметра диффузора. Т.е. для 12″ головки нужен груз массой около 120 граммов.

Cms – относительная жесткость на основе полученных результатов:

П – число “пи” математическая постоянная, равная 3,14;
Fs – резонансная частота без оформления, рассчитана выше (Гц);
F’s – резонансная частота без оформления с грузом (Гц);
M – масса в груза (кг).

Исходя из полученных результатов Vas рассчитывается по формуле (м 3 ):

Vas – метод добавочного объема

Для этого понадобится герметичный закрытый ящик с нужным отверстием под измеряемый динамик. Крепим динамик магнитом наружу. Объем ящика обозначен как Vb. Затем нужно произвести измерения Fс (резонансной частоты динамика в закрытом ящике) и, соответственно, вычислить Qmc, Qec и Qtc. Методика измерения полностью аналогична описанной выше динамика без оформления, рисуем такую же Z-кривую. Затем находится эквивалентный объем по формуле:

Vb – объем закрытого ящика;
Fс – резонансная частота динамика в ящике;
Qec – электрическая добротность динамика в ящике;
Fs – резонансная частота динамика без оформления;
Qes – электрическая добротность динамика без оформления.

Практически с теми же результатами можно использовать и более простую формулу:

Vb – объем закрытого ящика;
Fс – резонансная частота динамика в ящике;
Fs – резонансная частота динамика без оформления;

Полученных в результате всех этих измерений данных достаточно для дальнейшего расчета акустического оформления низкочастотного звена достаточно высокого класса. Приведенная выше методика действенна только для измерения параметров динамиков с резонансными частотами ниже 100 Гц, на более высоких частотах погрешность возрастает.

Источник

Измерение параметров Тиля-Смолла в домашних условиях

Внимание! Статья не актуальная! Вся методика измерений описана здесь.

Для более серьезного подхода понадобится еще знать:

Измерение Re, Fs, Fc, Qes, Qms, Qts, Qtc, Vas, Cms, Sd.

Для проведения измерений этих параметров вам понадобится следующее оборудование: 1. Вольтметр
2. Генератор сигналов звуковой частоты
3. Частотомер
4. Мощный (не менее 5 ватт) резистор сопротивлением 1000 ом
5. Точный (+- 1%) резистор сопротивлением 10 ом
6. Провода, зажимы и прочая дребедень для соединения всего этого в единую схему.

Конечно, в этом списке возможны изменения. Например, большинство генераторов имеют собственную шкалу частоты и частотомер не является в таком случае необходимостью. Вместо генератора можно также использовать звуковую плату компьютера и соответствующее программное обеспечение, способное генерировать синусоидальные сигналы от 0 до 200Гц требуемой мощности.

Схема для измерений

Калибровка: Для начала необходимо откалибровать вольтметр. Для этого вместо динамика подсоединяется сопротивление 10 Ом и подбором напряжения, выдаваемого генератором, надо добиться напряжения 0.01 вольта. Если резистор другого номинала, то напряжение должно соответствовать 1/1000 номинала сопротивления в омах. Например для калибровочного сопротивления 4 ома напряжение должно быть 0.004 вольта. Запомните! После калибровки регулировать выходное напряжение генератора НЕЛЬЗЯ до окончания всех измерений.

Нахождение Re Теперь, подсоединив вместо калибровочного сопротивления динамик и выставив на генераторе частоту, близкую к 0 герц, мы можем определить его сопротивление постоянному току Re. Им будет являться показание вольтметра, умноженное на 1000. Впрочем, Re можно замерить и непосредственно омметром.

Нахождение Fs и Rmax Динамик при этом и всех последующих измерениях должен находиться в свободном пространстве. Резонансная частота динамика находится по пику его импеданса (Z-характеристике). Для ее нахождения плавно изменяйте частоту генератора и смотрите на показания вольтметра. Та частота, на которой напряжение на вольтметре будет максимальным (дальнейшее изменение частоты будет приводить к падению напряжения) и будет являться частотой основного резонанса для этого динамика. Для динамиков диаметром больше 16см эта частота должна лежать ниже 100Гц. Не забудьте записать не только частоту, но и показания вольтметра. Умноженные на 1000, они дадут сопротивление динамика на резонансной частоте Rmax, необходимое для расчета других параметров.

Нахождение Qms, Qes и Qts Эти параметры находятся по следующим формулам:

Нахождение Sd Это так называемая эффективная излучающая поверхность диффузора. Для самых низких частот (в зоне поршневого действия) она совпадает с конструктивной и равна:

Нахождение индуктивности катушки динамика L Для этого нужны результаты одного из отсчетов из самого первого теста. Понадобится импеданс (полное сопротивление) звуковой катушки на частоте около 1000Гц. Поскольку реактивная составляющая (XL) отстоит от активной Re на угол 900, то можно воспользоваться теоремой Пифагора:

Поскольку Z (импеданс катушки на определенной частоте) и Re (сопротивление катушки по постоянному току) известны, то формула преобразуется к:

Найдя реактивное сопротивление XL на частоте F можно рассчитаь и саму индуктивность по формуле:

Измерения Vas Есть несколько способов измерения эквивалентного объема, но в домашних условиях проще использовать два: метод «добавочной массы» и метод «добавочного объема». Первый из них требует из материалов несколько грузиков известного веса. Можно использовать набор грузиков от аптечных весов или воспользоваться старыми медными монетками 1,2,3 и 5 копеек, поскольку вес такой монетки в граммах соответствует номиналу. Второй метод требует наличия герметичного ящика заранее известного объема с соответствующим отверстием под динамик.

Нахождение Vas методом добавочной массы Для начала нужно равномерно нагрузить диффузор грузиками и вновь измерить его резонансную частоту, записав ее как F’s. Она должна быть ниже, чем Fs. Лучше если новая резонансная частота будет меньше на 30%-50%. Масса грузиков берется приблизительно 10 граммов на каждый дюйм диаметра диффузора. Т.е. для 12″ головки нужен груз массой около 120 граммов. Затем необходимо рассчитать Cms на основе полученных результатов по формуле:

Нахождение Vas методом добавочного объема Нужно герметично закрепить динамик в измерительном ящике. Лучше всего это сделать магнитом наружу, поскольку динамику все равно, с какой стороны у него объем, а вам будет проще подключать провода. Да и лишних отверстий при этом меньше. Объем ящика обозначен как Vb. Затем нужно произвести измерения Fс (резонансной частоты динамика в закрытом ящике) и, соответственно, вычислить Qmc,Qec и Qtc. Методика измерения полностью аналогична описанной выше. Затем находится эквивалентный объем по формуле:

Практически с теми же результатами можно использовать и более простую формулу:

Учтите, что приведенная выше методика действенна только для измерения параметров динамиков с резонансными частотами ниже 100Гц, на более высоких частотах погрешность возрастает.

Источник

Как узнать сопротивление динамика на определенной частоте

Измерение параметров Тиля — Смола программой AudioTester

Автор: Карев Михаил
Опубликовано 28.05.2013
Создано при помощи КотоРед.

Здравствуйте, уважаемые господа и товарищи! На Ваш суд предлагаю простейший вариант определения параметров Тиля-Смолла (параметры Т-С) НЧ динамика с использованием простейшей «коробочки», т.е. схемы подключаемой к звуковой карте компьютера и программы AudioTester, которая проста в использовании и максимально русифицирована. Эта статейка предназначена в первую очередь новичкам в «сабвуферостроении», к которым относится и моя скромная персона.
Поэтому хочу услышать мнение знатоков и экспертов о практической пользе данного метода и заранее прошу прощения за «косяки» и «ляпы».

Для измерения параметров динамика нужен минимум проводов и радиодеталей.

Полученные в результате измерений параметры Т-С позволят рассчитать размеры корпуса самодельной акустической системы в любой специализированной программе (JBL SpeakerShop, BassBox 6 Pro и пр.).

История замысла или немного о себе.

Со старых времен накопилась куча динамиков и радиодеталей, что-то было закуплено и лежало «мертвым грузом». Вот и возникла мысль самому собрать акустические системы «для дома, для семьи» с минимальным бюджетом.

Побродив по Интернету, почитав советы знатоков и экспертов, пришел к очевидному выводу, что для расчета конструкции домашней акустической системы нужно знать параметры Тиля-Смолла для конкретного динамика. Как новичок, для начала решил использовать для расчетов программу AudioTester.

Вид акустического оформления и размеры корпуса АС определяются параметрами конкретной низкочастотной головки (параметры Тиля-Смолла).

Исходными данными являются следующие параметры:

резонансная частота Fs;

полная добротность Qts;

эквивалентный объем головки Vas.

Общеизвестно, что для определения параметра Vas существуют два метода:

1. Метод эквивалентного объема. Изготавливается закрытый герметичный ящик известного объема. В передней панели ящика вырезается круглое отверстие под размер диффузора динамика. Динамик плотно устанавливается на «дырку» сверху, герметизируется и измеряется.

Достоинство: Параметр Vas измеряется с высокой точностью.

Недостатки: Большая трудоемкость. Для конкретного динамика требуется ящик, размеры которого зависят от диаметра диффузора. Например, при диаметре 10 см – примерно 6-10 литров, а для 20 сантиметров – уже 15-20 литров. Приходится изготавливать несколько сменных передних панелей с круглыми отверстиями разного диаметра

2. Метод добавочной массы. Это когда динамик вначале измеряется на «свежем воздухе», а потом на его пылезащитный колпачок наклеивается груз массой 20-40 грамм из пластилина в виде «бублика» и его измеряем заново.

Достоинство: самый простой способ, не требуется эталонный ящик.

Недостатки: Параметр Vas измеряется с малой точностью.

Программа AudioTester позволяет измерить все 3 основных параметра Т-С и несколько дополнительных, причем Vas может быть измерен любым из двух предложенных методов.

Современные производители громкоговорителей (например Visaton) для своих динамиков указывают полный набор параметров Т-С.(рис 11. в Приложении).

А как быть с китайскими (например SENON) или с советскими низкочастотниками?

У них параметры Т-С или совсем отсутствуют, или могут отличаться от заявленных заводских характеристик (что актуально для старых советских или современных российских громкоговорителей).

Для средне или высокочастотных динамиков может понадобиться частота резонанса этого громкоговорителя для возможного устранения «горба» АЧХ акустической системы.

Во всем этот нам поможет программа AudioTester! Просто, быстро и дешево!

1. Программа AudioTester и компьютер (ноутбук) с звуковой картой.

2. Резистор сопротивлением 8-10 Ом 1-2 Ватта, измеренный с точностью ± 1%.

3. Экранированный кабель стерео с разьемом «джек» длиной 2-3 метра.

4. Экранированный кабель моно с «джеком» длиной 3 метра.

5. Двойной медный многожильный провод сечением 2-3 мм 2 длина 3-4 метра.

6. Двойной жесткий алюминиевый и медный одножильный провод 1 метр.(подвес).

7. Кусок пластилина массой 20-40 грамм, измеренной с достаточной точностью.

Я использовал программу AudioTester v.2.2 D, которую очень легко скачать с любого радиотехнического сайта.

Подготовка к измерениям.

3. Для измерения параметров Т-С собрал простейшую схему из программы.

Рис. 1 Схема измерительной «коробочки»

Требования к сборке.

Надо, чтобы ЛЕВЫЙ выход звуковой карты соединялся с ЛЕВЫМ входом «звуковухи»

Громкость на компьютере 90-95% от максимума.

Рис. 2. «Коробочка» в корпусе

Рис. 3. Пластилиновый бублик масса 20 г ( 4 монеты)

Рис. 4. Объект измерения – 25ГДН-3-4

Рис. 5. Объект измерения – 25ГДН-3-4 в добавочной массой.

В качестве эталонного я использовал резистор 10 Ом (± 1%).

В качестве добавочной массы – «бублик» из пластилина 20 грамм (± 1 грамм).

Рис.7. Объект измерения в подвешенном состоянии.

Измеряем параметры Т-С

Устанавливаем «Step count» = 300 (рекомендуется 200-400).

Верхнюю частоту измерений уменьшаем до 200-500 Гц (для НЧ динамика достаточно и меньше время измерения).

«серия сопротив Rs/Ohm» = сопротивление эталонного резистора 8-10 Ом.

«объем кабинет Vb/литр» = объем герметичного ящика (литр).

«дополнительна Mms/g» = вес «бублика» из пластилина (г).

«диаметр d/mm» = диаметр диффузора динамика (мм).

Рис. 9 Результаты измерения динамика без груза

Зеленая линия – частота резонанса динамика с добавочной массой.

Расчет параметров Тиля-Смолла

Теперь перетаскиваем мышкой в , а в по принциму «взял-подтащил-бросил»

Получаем параметры Т-С для этого динамика

Рассчитанные параметры можно сохранить или распечатать через

Для повторного измерения очищаем графики и желательно заново закрыть/открыть программу. Измерения желательно повторить несколько раз для каждого динамика.

Для достоверности полученных данных сравнил их с заявленными производителем или с измеренными товарищами в других программах (если интересно – почитайте Заключение). Финиш!

Анализ результатов измерения

В заключении приведу конкретные результаты сравнения полученных измерений для различных НЧ динамиков:

2. Советский 25ГДН-3-4, б/у, 5 дюймов (125 см), параметры Т-С взяты из справочника и с https://alex-jet.narod.ru/acoustics/sounddrivers/25GDN-3-4.html ( с разрешения автора!).

3. Китайский SENON DYP1240F, 12 дюймов (30 см.)

Забегая вперед скажу, что в среднем различие результатов составляет 10-25%, а некоторые параметры совпали полностью, значит полученным результатам можно доверять.
Примечание: В Программе Audiotester параметр Qes называется Qel.

1. Сравнение параметров Т-С для динамика Visaton WS 17 E/4.

Parameter Value Dexyinaion

fs 53,3 Hz free air resonance frequency

Zmax 15,1 Ohm impedance at resonant frequency

Rdc 3,9 Ohm DC-resistance

Qms 3,22 mechanical Q of the speaker

Qel 1,12 electrical Q of the speaker

Qts 0,83 total Q of the speaker

Mms 20,0 g extra mass (pretended)

Mmd 13,60 g mass of driver’s cone

Cms 0,66 mm/N compliance of driver’s suspension

Vas 16,42 liter compliance volume of the speaker

Таблица 1. Сравнение параметров для Visaton WS 17 E /4

Источник