Simuler høyttaler med tilsvarende RC-krets

Hvis du jobber med et lydrelatert prosjekt, er den minst berørte komponenten høyttaleren, men høyttaleren er en viktig del av en lydrelatert krets. En god høyttaler kan overstyre lydene og kan gi en jevn ytelse, mens en dårlig høyttaler kan ødelegge all innsats, selv resten av kretsen er usedvanlig god.

Så det er viktig å velge riktig høyttaler, da det er den som produserer endelig produksjon for sluttpublikum. Men som vi alle vet, er ikke alle komponentene lett tilgjengelige mens vi lager en krets, og noen ganger kunne vi ikke bestemme hva som vil bli utdata hvis vi velger en bestemt høyttaler, eller noen ganger har vi en høyttaler, men ikke har kabinettet. Så dette er en stor bekymring da høyttalerutgangen kan være helt forskjellig i forskjellige typer akustiske miljøer.

Så, hvordan bestemmer jeg hva som vil være høyttalersvaret i en annen situasjon? Eller, hva blir kretskonstruksjonen? Vel, denne artikkelen vil dekke dette emnet. Vi vil forstå hvordan høyttaleren fungerer og vil konstruere en RLC-ekvivalent modell av høyttaler. Denne kretsen vil også fungere som et godt verktøy for å simulere høyttalere i noen spesifikke applikasjoner.

Bygging av en høyttaler

Speaker fungerer som en energiomformer, som konverterer elektrisk energi til mekanisk energi. En høyttaler har to nivåer av konstruksjoner, en er mekanisk og en annen er den elektriske.

I bildet nedenfor kan vi se tverrsnittet av en høyttaler.

Vi kan se en høyttalerramme eller montering som holder komponentene på innsiden og utsiden. Komponentene er støvhette, stemmespiral, membrankegle, høyttalerspider, pol og magnet.

Den Membran er enden ting som vibrerer og skyver vibrasjon til luft og således å endre lufttrykket. På grunn av sin kjegleform, ble membranen referert til som membrankegle.

Den edderkopp er en viktig bestanddel som er ansvarlig for riktig bevegelse av høyttalermembranen. Det sikrer at når kjeglen vil vibrere, vil den ikke berøre høyttalerrammen.

Også, surround, som er av gummi eller skum-lignende materiale, gir ytterligere støtte til kjeglen. Membrankjeglen er festet med en elektromagnetisk spole. Denne spolen kan bevege seg fritt i opp-ned posisjon inne i stangen og Permanent Magnet.

Denne spolen er den elektriske delen av høyttaleren. Når vi gir sinusformet bølge til høyttaleren, endrer talespolen magnetisk polaritet og beveger seg opp og ned, noe som resulterer i vibrasjoner i kjeglen. Vibrasjonen overføres videre til luften ved å enten trekke eller skyve te luften og gjøre endringer i lufttrykket, og dermed skape lyd.

Modellering av en høyttaler i den elektriske kretsen

Høyttaler er hovedkomponenten for alle lydforsterkerkretsene, mekanisk, en høyttaler fungerer med mange fysiske komponenter. Hvis vi lager en liste, vil betraktningspunktene være-

Suspensjonsoverensstemmelse - Dette er egenskapen til et materiale der materialet går under elastisk deformasjon eller opplever volumendring når det utsettes for en påført kraft.
Suspensjonsmotstand - Det er lasten, kjeglen vender mens den beveger seg fra opphenget. Det er også kjent som mekanisk demping.
Moving Mass - Det er den totale massen av spolen, kjeglen etc.
Luftbelastning som skyver gjennom føreren.

Disse over fire punktene er fra mekaniske faktorer for høyttaleren. Det er to flere faktorer som er til stede elektrisk,

Spoleinduktans.
Spolmotstand.

Så ved å vurdere alle punktene, kunne vi lage en fysisk modell av høyttaleren ved hjelp av få elektronikk eller elektriske komponenter. De over 6 punkter kan modelleres ved hjelp av tre grunnleggende passive komponenter: Motstander, induktorer og kondensatorer som er betegnet som RLC-krets.

En grunnleggende ekvivalent krets for høyttaleren kan lages ved å bare bruke to komponenter: Motstand og Induktor. Kretsen vil se slik ut-

På bildet ovenfor er bare en enkelt motstand R1 og en enkelt induktor L1 koblet til en vekselstrømskilde. Denne motstanden R1 representerer stemmespoles motstand og induktoren L1 gir stemmespolinduktansen. Dette er den enkleste modellen som brukes i høyttalersimulering, men den har absolutt begrensninger, fordi den bare er en elektrisk modell og det ikke er noe rom for å bestemme høyttalerens evne og hvordan den vil reagere i det faktiske fysiske scenariet der mekaniske deler er involvert.

Speaker Equivalent RLC Circuit

Så vi har sett en grunnleggende modell av høyttalere, men for å få den til å fungere ordentlig, må vi legge til mekaniske deler med faktiske fysiske komponenter i den høyttalerekvivalente modellen. La oss se hvordan vi kan gjøre det. Men før vi forstår dette, la oss analysere hvilke komponenter som er nødvendige og hva som er formålet med dem.

For Suspension Compliance kan en induktor brukes, fordi Suspension Compliance har en direkte forbindelse med den bestemte endringen i strømmen gjennom Voice coil.

Neste parameter er Suspensjonsmotstand. Siden det er en type belastning som opprettes av opphenget, kan en motstand velges for dette formålet.

Vi kan velge en kondensator for den bevegelige massen, som inkluderer spoler, massen av kjeglen. Og videre kan vi velge en kondensator igjen for luftbelastningen som også øker massen av kjeglen; det er også en viktig parameter for å lage høyttalerekvivalentmodellen.

Så vi har valgt en induktor for Suspension Compliance, en motstand for suspensjonsmotstand og to kondensatorer for vår luftbelastning og bevegelige masse.

Nå, den neste viktige tingen er hvordan du kobler alle disse for å lage en elektrisk tilsvarende modell av høyttalere. Motstanden (R1) og induktoren (L1) er i seriekobling som er primær og som er variabel ved hjelp av de parallelle mekaniske faktorene. Så vi vil koble disse komponentene parallelt med R1 og L1.

Den endelige kretsen vil være slik-

Vi har lagt til komponenter i parallell forbindelse med R1 og L1. C1 og C2 vil betegne henholdsvis den bevegelige massen og luftbelastningen, L2 gir opphengsoverensstemmelse og R2 vil være opphengsmotstanden.

Så, den endelige ekvivalente kretsen til høyttaleren ved hjelp av RLC er vist nedenfor. Dette bildet viser en nøyaktig ekvivalent modell av høyttaleren som bruker motstand, induktor og kondensator.

Hvor, Rc - Spolemotstand, Lc - Spoleinduktans, Cmems - Bevegende massekapasitans, Lsc - Induktans for suspensjonsoverensstemmelse, Rsr - Suspensjonsmotstand og Cal - Kapasitans av luftbelastningen.

Thiele / små parametere i høyttalerdesign

Nå har vi fått den tilsvarende modellen, men hvordan man beregner verdien på komponentene. For dette trenger vi Thiele små parametere for høyttaleren.

De små parametrene er avledet fra inngangsimpedansen til høyttaleren når inngangsimpedansen er den samme som resonansfrekvensen og høyttalerens mekaniske oppførsel er effektivt lineær.

Thiele Parameters vil gi følgende ting -

Parametere	Beskrivelse	Enhet
	Total Q-faktor	Enhetsfri
	Mekanisk Q-faktor	Enhetsfri
	Elektrisk Q-faktor	Enhetsfri
	Resonansfrekvens	Hz
	Motstanden til suspensjonen	N. s / m
	Total bevegelig masse	Kg
	Effektivt førerområde	Kvm
	Tilsvarende akustisk volum	Cu.m
	Lineær stemmespole	M
	Frekvensrespons	Hz eller kHz
	Volumforskyvning av sjåførenhet	Cu.m
	Motstanden til stemmespolen	Ohms
	Spoleinduktans	Henry eller Mili Henry
	Force Factor	Tesla / meter
	Overholdelse av førersuspensjon	Meter per Newton

Fra disse parametrene kan vi lage en tilsvarende modell ved hjelp av enkle formler.

Verdien av Rc og Lc kan velges direkte fra spolemotstand og induktans. For andre parametere kan vi bruke følgende formler -

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

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

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

Bygger RLC ekvivalent høyttalerkrets med reelle data

Når vi lærte å bestemme de tilsvarende verdiene for komponentene, la oss jobbe med noen reelle data og simulere høyttalere.

Vi valgte 12S330 høyttaler fra BMS høyttalere. Her er lenken for det samme.

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

For den som snakker de Thiele Parametere er

Fra disse Thiele-parameterne vil vi beregne ekvivalente verdier,

Så vi beregnet verdiene til hver komponent som skal brukes for 12S330- ekvivalent modell. La oss lage modellen i Pspice.

Vi ga verdiene til hver komponent og omdøpte også signalkilden til V1. Vi opprettet en simuleringsprofil-

Vi konfigurerte DC-feie for å få den store frekvensanalysen fra 5 Hz til 20000 Hz ved 100 poeng per tiår i logaritmisk skala.

Deretter koblet vi sonden over vår tilsvarende høyttalermodellinngang-

Vi la til spennings- og strømspor over Rc, motstanden til talespolen. Vi vil sjekke impedansen over denne motstanden. For å gjøre dette, som vi vet, V = IR, og hvis vi deler V + av vekselstrømskilden med strømmen som strømmer gjennom motstanden Rc, vil vi få impedansen.

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

Og til slutt får vi Impedans-plottet til vår tilsvarende høyttalermodell på 12S330.

Vi kan se impedansplottet og hvordan høyttalerimpedansen endres avhengig av frekvens-

Vi kan endre verdiene etter behov, og vi kan nå bruke denne modellen til å replikere den faktiske 12S330- høyttaleren.