Simulera högtalare med motsvarande RC-krets

Om du arbetar med något ljudrelaterat projekt är den minst berörda komponenten högtalaren men högtalaren är en viktig del av alla ljudrelaterade kretsar. En bra högtalare kan åsidosätta ljudet och kan ge en jämn effekt medan en dålig högtalare kan förstöra alla ansträngningar även resten av kretsen är exceptionellt bra.

Så det är viktigt att välja rätt högtalare eftersom det är den som producerar slutprodukt för slutgrupper. Men som vi alla vet, när vi gör en krets, är alla komponenter inte alltid tillgängliga och ibland kunde vi inte bestämma vad som kommer att bli om vi väljer en specifik högtalare eller ibland har vi en högtalare men inte har kapslingen. Så detta är ett stort problem eftersom högtalarutgången kan vara helt annorlunda i olika typer av akustiska miljöer.

Så hur bestämmer jag vad talarens svar kommer att få i en annan situation? Eller, vad blir kretskonstruktionen? Tja, den här artikeln kommer att täcka detta ämne. Vi kommer att förstå hur högtalaren fungerar och konstruerar en RLC-motsvarande högtalarmodell. Denna krets kommer också att fungera som ett bra verktyg för att simulera högtalare i vissa specifika applikationer.

Konstruktion av en högtalare

Högtalaren fungerar som en energiomvandlare som omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi. En högtalare har två nivåer av konstruktioner, en är mekanisk och en annan är den elektriska.

I bilden nedan kan vi se tvärsnittet av en högtalare.

Vi kan se en högtalarram eller montering som håller komponenterna på insidan och utsidan. Komponenterna är dammlock, röstspole, membrankon, högtalarspindel, pol och magnet.

Den Membran är slutet sak som vibrerar och skjuter vibrationer till luften och sålunda ändra lufttrycket. På grund av sin konform kallas membranet för membrankon.

Den spindel är en viktig komponent som är ansvarig för en korrekt rörelse av membranet högtalare. Det säkerställer att när konen vibrerar kommer den inte att röra högtalarramen.

Också, surround, vilket är gummi eller skumliknande material, ger ytterligare stöd till Cone. Membrankonen är fäst med en elektromagnetisk spole. Denna spole kan fritt röra sig uppåt och nedåt inne i polen och Permanent Magnet.

Denna spole är den elektriska delen av högtalaren. När vi ger sinusformad våg till högtalaren ändrar röstspolen den magnetiska polariteten och rör sig upp och ner vilket resulterar i vibrationer i konen. Vibrationerna överfördes vidare till luften genom att antingen dra eller trycka in luften och göra förändringar i lufttrycket och därmed skapa ljud.

Modellera en högtalare i den elektriska kretsen

Högtalare är huvudkomponenten för alla ljudförstärkarkretsar, mekaniskt, en högtalare fungerar med många fysiska komponenter. Om vi gör en lista kommer övervägandepunkterna att-

Upphängning av upphängning - Detta är egenskapen hos ett material där materialet går under elastisk deformation eller upplever volymförändring när det utsätts för en applicerad kraft.
Upphängningsmotstånd - Det är belastningen, konen är vänd medan den rör sig från upphängningen. Det är också känt som mekanisk dämpning.
Rörlig massa - Det är den totala massan av spolen, konen etc.
Belastning av luften som trycker genom föraren.

Dessa ovanstående fyra punkter kommer från högtalarens mekaniska faktorer. Det finns ytterligare två faktorer som är elektriska,

Spolinduktans.
Spolmotstånd.

Så genom att överväga alla punkter kan vi skapa en fysisk modell av högtalaren med hjälp av få elektronik eller elektriska komponenter. De över 6 punkter kan modelleras med tre grundläggande passiva komponenter: Motstånd, induktorer och kondensatorer som betecknas som RLC-krets.

En grundläggande ekvivalent krets för högtalaren kan göras genom att endast använda två komponenter: Motstånd och Induktor. Kretsen kommer att se ut så här-

I bilden ovan är endast en enda motstånd R1 och en induktor L1 ansluten till en växelströmssignalkälla. Detta motstånd R1 representerar röstspolmotståndet och induktorn L1 ger röstspolinduktansen. Detta är den enklaste modellen som används i högtalarsimulering, men den har visserligen begränsningar, eftersom den bara är en elektrisk modell och det finns inget utrymme för att bestämma högtalarförmågan och hur den kommer att reagera i det faktiska fysiska scenariot där mekaniska delar är inblandade.

Högtalarekvivalent RLC-krets

Så vi har sett en grundläggande modell av högtalare men för att få den att fungera ordentligt måste vi lägga till mekaniska delar med faktiska fysiska komponenter i den högtalarekvivalenta modellen. Låt oss se hur vi kan göra det. Men innan vi förstår detta, låt oss analysera vilka komponenter som behövs och vad är syftet med dem.

För Suspension Compliance kan en induktor användas, eftersom Suspension Compliance har en direkt koppling till en viss förändring i strömflödet genom röstspolen.

Nästa parameter är Suspension Resistance. Eftersom det är en typ av belastning som skapas av upphängningen kan ett motstånd väljas för detta ändamål.

Vi kan välja en kondensator för den rörliga massan, som inkluderar spolar, konens massa. Och vidare kan vi välja en kondensator igen för luftbelastningen vilket också ökar konens massa; det är också en viktig parameter för att skapa en motsvarande modell för högtalare.

Så vi har valt en induktor för Suspension Compliance, ett motstånd för suspensionmotstånd och två kondensatorer för vår luftbelastning och rörlig massa.

Nu är nästa viktiga sak hur man ansluter alla dessa för att skapa en elektrisk motsvarande modell av högtalare. Motståndet (R1) och induktorn (L1) är i seriekoppling som är primär och vilken är variabel med hjälp av de parallella mekaniska faktorerna. Så vi kommer att ansluta dessa komponenter parallellt med R1 och L1.

Slutkretsen kommer att vara så här-

Vi har lagt till komponenter parallellt med R1 och L1. C1 och C2 betecknar rörlig massa respektive luftbelastning, L2 ger fjädringsöverensstämmelse och R2 kommer att vara fjädringsmotståndet.

Så den slutliga motsvarande kretsen för högtalaren som använder RLC visas nedan. Denna bild visar en exakt motsvarande modell av högtalaren med användning av motstånd, induktor och kondensator.

Var, Rc - Spolmotstånd, Lc - Spolinduktans, Cmems - Rörlig masskapacitans, Lsc - Induktans för upphängning av fjädring, Rsr - Upphängningsresistans och kal - Kapacitans för luftbelastningen.

Thiele / små parametrar i högtalardesign

Nu har vi fått motsvarande modell, men hur man beräknar komponenternas värde. För detta behöver vi Thiele små parametrar för högtalaren.

De små parametrarna härleds från högtalarens ingångsimpedans när ingångsimpedansen är densamma som resonansfrekvensen och högtalarens mekaniska beteende är linjärt.

Thiele Parameters kommer att tillhandahålla följande saker-

Parametrar	Beskrivning	Enhet
	Total Q-faktor	Enhetslös
	Mekanisk Q-faktor	Enhetslös
	Elektrisk Q-faktor	Enhetslös
	Resonans frekvens	Hz
	Suspensionens motstånd	N. s / m
	Total rörlig massa	Kg
	Effektivt förarområde	Kvadratmeter
	Motsvarande akustisk volym	Sperma
	Linjär rörelse av röstspole	M
	Frekvenssvar	Hz eller kHz
	Förarenhetens volymförskjutning	Sperma
	Röstspolens motstånd	Ohms
	Spolinduktans	Henry eller Mili Henry
	Force Factor	Tesla / meter
	Överensstämmelse med förarsuspension	Meter per Newton

Från dessa parametrar kan vi skapa en motsvarande modell med enkla formler.

Värdet på Rc och Lc kan väljas direkt från spolmotstånd och induktans. För andra parametrar kan vi använda följande formler -

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

Om Rms inte anges, kan vi bestämma det från följande ekvation-

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

Bygga RLC motsvarande högtalarkrets med verkliga data

När vi lärde oss att bestämma motsvarande värden för komponenterna, låt oss arbeta med några riktiga data och simulera högtalare.

Vi valde 12S330- högtalare från BMS-högtalare. Här är länken för samma.

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

För talaren de Thiele parametrar är

Från dessa Thiele-parametrar beräknar vi motsvarande värden,

Så vi beräknade värdena för varje komponent som skulle användas för 12S330 motsvarande modell. Låt oss göra modellen i Pspice.

Vi tillhandahöll värdena till varje komponent och döpte också signalkällan till V1. Vi skapade en simuleringsprofil-

Vi konfigurerade DC-svep för att få den stora frekvensanalysen från 5 Hz till 20000 Hz vid 100 poäng per decennium i logaritmisk skala.

Därefter kopplade vi sonden över vår motsvarande högtalarmodellingång-

Vi lade till spänning och strömspår över Rc, motståndet från röstspolen. Vi kommer att kontrollera impedansen över detta motstånd. För att göra detta, som vi vet, V = IR och om vi delar V + för växelströmskällan med strömmen som strömmar genom motståndet Rc, får vi impedansen.

Så vi lade till ett spår med V (V1: +) / I (Rc) formel.

Och slutligen får vi impedansplottet för vår motsvarande högtalarmodell 12S330.

Vi kan se impedansplottet och hur högtalarimpedansen ändras beroende på frekvens-

Vi kan ändra värdena enligt vårt behov och vi kan nu använda den här modellen för att replikera den faktiska 12S330- högtalaren.