Вимірювання параметрів Тіля-Смолла - довідник по автозвуку і електроніці
-
- Article Tools
- Hide all sections
- Show all sections
- LinkBack URL
- About LinkBacks
Увага! Наведена нижче методики дієва тільки для вимірювання параметрів динаміків з резонансними частотами нижче 100 Гц, на більш високих частотах похибка зростає.
Для отримання максимально достовірних результатів все вимірювання рекомендується проводити кілька разів (3-5раз), потім за результат приймається середнє-арифметичне значення.
Перед вимірюванням параметрів динамік необхідно «розім'яти». Справа в тому, що у непрацюючого певний час динаміка або у нового динаміка параметри будуть відрізнятися, від тих які ми виміряємо після того як динамік відіграє певний час і буде регулярно працювати. Тому сенс Розім'яті динаміка і полягає в отриманні достовірних параметрів вимірювань. Існує безліч думок як і скільки треба розминати: просто музикою, синусоїдальним сигналом (синусом) на частоті резонансу динаміка Fs, синусом на 1000Гц, ганяти синусом на різних частотах, білим і рожевим шумом, використовувати тестові диски.
Як розминати вирішувати Вам, - це справа Ваших можливостей і часу, але розминати обов'язково потрібно.
Від себе пораджу розминати протягом доби в різних комбінаціях вище пречісленних способів, почати варто з синуса частоти власного резонансу Fs (взяту з паспорта динаміка) на максимальну кількість часу, потім вже використовувати інші способи. Можна використовувати тестові диски, краще ті які містять як музичні так і технічні треки, тобто згенеровані сигнали різної форми, частоти і потужності, причому почати краще з технічних треків. Бажано розминати динамік на 50-100% від номінальної потужності, все залежить від ваших умов, вух і нервів.
Самими основними параметрами, за якими можна розрахувати і виготовити акустичне оформлення (корпус, ящик) є параметри Тіля-Смолла.
[Hide] [top] Вимірювання резонансної частоти Fs, добротності динаміка Qts і її складових електричної і механічної добротності Qes, Qms.
[Hide] [top] Метод 1
Для проведення вимірювань цих параметрів вам знадобиться наступне обладнання:
* Вольтметр
* Генератор сигналів звукової частоти
* Частотомер
* Потужний (не менше 2 ват) резистор опором 1000 Ом
* Точний (+ - 1%) резистор опором 10 ом
* Провід, затискачі та інші дурниці для з'єднання всього цього в єдину схему.
Звичайно, в цьому списку можливі зміни. Наприклад, більшість генераторів мають власну шкалу частоти і частотомір не є в такому випадку необхідністю. Замість генератора можна також використовувати звукову плату комп'ютера і відповідне програмне забезпечення (наприклад, це), здатне генерувати синусоїдальні сигнали від 0 до 200 Гц необхідної потужності. Або мені ще доводилося робити так, коли не було поруч комп'ютера: я нарізав на диск треки з частотами від 20-120Гц, потім крутив його на DVD підключений підсилювача і потім вже підключав підвішений динамік через опір.
Калібрування.
Для початку необхідно відкалібрувати вольтметр. Для цього замість динаміка приєднується опір 10 Ом і підбором напруги, що видається генератором, треба домогтися напруги 0,01 вольта. Якщо резистор іншого номіналу, то напруга повинна відповідати 1/1000 номіналу опору в Омах. Наприклад для каліброваного опору 4 Ома напруга повинна бути 0,004 вольта.
Запам'ятайте! Після калібрування регулювати вихідну напругу генератора (підсилювача) НЕ МОЖНА до закінчення всіх вимірювань.
Визначення Fs і Rmax.
Динамік при цьому і всіх подальших вимірах повинен перебувати у вільному просторі, зазвичай його підвішують (зазвичай на люстрі) подалі від стін і разлічниз предметів. Резонансна частота динаміка знаходиться по піку його імпедансу (Z-характеристиці). Для її знаходження плавно збільшуйте частоту генератора, починаючи приблизно з 20Гц, і дивіться на показання вольтметра. Та частота, на якій напруга на вольтметрі буде максимальним (подальша зміна частоти буде приводити до падіння напруги) і буде частотою основного резонансу для цього динаміка. Для динаміків діаметром більше 16см ця частота повинна лежати нижче 100Гц. Не забудьте записати не тільки частоту, але і свідчення вольтметра. Помножені на 1000, вони дадуть опір динаміка на резонансній частоті Rmax, необхідне для розрахунку інших параметрів.
Визначення Qms, Qes і Qts.
Ці параметри визначаються за наступними формулами.
Як видно, це послідовне знаходження додаткових параметрів Ro, Rx і вимір невідомих нам раніше частот F1 і F2. Це частоти, при яких опір динаміка одно Rx. Оскільки Rx завжди менше Rmax. то і частот буде дві - одна трохи менше Fs. а інша трохи більше.
Ви можете перевірити правильність своїх вимірювань наступною формулою:
Якщо розрахунковий результат відрізняється від знайденого раніше більше, ніж на 1 герц, то потрібно повторити все спочатку і більш акуратно.
Визначення опір обмотки головки постійному струму Re.
Тепер, приєднавши замість каліброваного опору динамік і виставивши на генераторі частоту, близьку до 0 герц, ми можемо визначити його опір постійному струму Re. Їм буде показання вольтметра, помножене на 1000. Втім, Re можна заміряти і безпосередньо омметром.
[Hide] [top] Метод 2
Схема вимірювань така ж як і в першому методі, елементи той же такі ж: резистор на 1кОм і - генератор - або генератор звукової частоти здатний видавати напругу 10-20В, або поєднання генератор-підсилювач, що задовольняє тією ж вимогою. Розміщуємо динамік далеко від стін, стелі та підлоги (часто рекомендують підвішувати). Підключаємо вольтметр до крапок А і С (тобто до виходу підсилювача). і встановлюємо напругу рівним 10-20 В на частоті 500-1000 Гц.
Підключаємо вольтметр до крапок В і С (тобто безпосередньо до контактів динаміка) і змінюючи частоту генератора знаходимо частоту, на якій показання вольтметра максимальні, (як показано на малюнку нижче). Це і є частота власного резонансу динаміка Fs. Записуємо Fs і Us -показанія вольтметра.
Змінюючи частоту вгору щодо Fs. знаходимо частоти, на яких показання вольтметра постійні і значно менше Us (при подальшому підвищенні частоти напруга знову почне збільшуватися, паралельно зі збільшенням імпедансу динаміка). Запишемо це значення, Um.
Графік імпедансу динаміка у вільному просторі і в закритому ящику виглядає приблизно так.
Обчислюємо напруження U12 за формулою:
Змінюючи частоту, добиваємося показань на вольтметрі відповідні напрузі U12. знаходимо частоти F1 і F2.
Обчислюємо акустичну або механічну добротність за формулою:
І, на кінець, повну добротність:
[Hide] [top] Метод 3 - Вимірювання параметрів Тіля-Смолла за допомогою фазоінвертора
Схема вимірювань така ж як і в першому методі, елементи той же такі ж: каліброваного резистора Rk номіналом 10 Ом і активний опір R, який задає струм в ланцюзі, номіналом 1кОм. Можна взяти опору Rk і R інших номіналів, виконуючи умови:
- Rk - може бути будь-яким, але близьким до Re
де Re - опору постійному струму звукової котушки.
Вимірювання починаються з найбільш точного визначення опору постійному струму звукової котушки Re і каліброваного резистора Rk за допомогою цифрового вольтметра або мультиметра.
Потім замість динаміка включаємо калібрувальний резистор Rk і вимірюємо напруга Uk на ньому. Напруга, відповідне опору звукової котушки постійному струму, знаходимо за формулою:
Далі підключаємо підвішену, якнайдалі від інших предметів, головку замість каліброваного резистора. Плавно змінюючи частоту генератора, знаходимо значення власної резонансної частоти головки fs. при якій показання вольтметра максимальні. Для підвищення точності розрахунків це і всі наступні вимірювання проводимо п'ять разів і як результат приймаємо середнє арифметичне значення виміряних величин.
Далі обчислюємо U1,2 за такою формулою U1,2 = 0.7Us
Імовірно це напруга відповідають максимальної крутості кривої [Z]. Далі визначаємо частоти f1, f2 нижче і вище резонансної, при яких напруга на голівці одно обчисленому U1,2. Оскільки крива модуля повного електричного опору [Z] симетрична в логарифмічному масштабі, то можна зробити першу перевірку виконаних вимірювань.
Розбіжність з раніше виміряної частотою резонансу має бути не більше 1-1,5 Гц.
Далі поміщаємо голівку в ФМ ящик. Налаштування тунелю значення не має або його взагалі може не бути - тільки отвір діаметром приблизно 5 см. При виборі обсягу вимірювального ящика можна скористатися рекомендаціями, які дає JBL SS.
Переконуємося, що характеристика [Z] має вигляд як на малюнку наведеному нижче. Виникаючі в деяких випадках додаткові максимуми і мінімуми свідчать про наявність щілин або повітряних пазух.
Знаходимо частоти fl, fb, fh, відповідні максимуму і мінімуму показань вольтметра. Відзначаємо також напруга Ub в мінімумі на частоті fb.
Резонансна частота головки з урахуванням приєднаної маси повітря при роботі в ФМ:
За рахунок збільшення соколеблющегося маси резонансна частота fs повинна знизитися. Тут можна провести ще одну перевірку. Частоти fs і f's повинні відрізнятися не більше ніж на 5-10%. Еквівалентний обсяг рухомої системи головки та уточнення значення добротності знаходимо за такими формулами.
Формула для розрахунку повної добротності Qts справедлива тільки при роботі від підсилювача з нульовим вихідним опором.
[Hide] [top] Вимірювання еквівалентного обсягу Vas
Є кілька способів вимірювання еквівалентного обсягу, але в домашніх умовах простіше використовувати два: метод "додаткової маси" і метод "додаткового обсягу". Перший з них вимагає з матеріалів кілька важків відомого ваги. Можна використовувати набір важків від аптечних ваг або скористатися старими мідними монетками 1,2,3 і 5 копійок, оскільки вага такої монетки в грамах відповідає номіналу. Другий метод вимагає наявності герметичного ящика заздалегідь відомого обсягу з відповідним отвором під динамік.
[Hide] [top] Визначення еквівалентного обсягу методом додаткової маси
Для початку потрібно рівномірно навантажити дифузор грузиками і знову виміряти його резонансну частоту, записавши її як F's. Вона повинна бути нижче, ніж Fs. Краще якщо нова резонансна частота буде менше на 30% -50%. Маса важків береться приблизно 10 грамів на кожен дюйм діаметра дифузора. Тобто для 12 "головки потрібен вантаж масою близько 120 грамів (1 дюйм дорівнює 2,54 см). Я раджу все ж використовувати не монети, бо наприклад на 100грам знадобиться аж 20штук 5-копійчаних монет! А це погодьтеся не дуже зручно. Я використовую звичайний пластилін необхідну вагу якого я підганяю за допомогою аптечних ваг.
Отже еквівалентний обсяг обчислюється за формулою:
де: Sd - ефективна випромінює поверхню дифузора, м2; Cms - відносна жорсткість.
Випромінююча поверхню дифузора для найнижчих частот (в зоні поршневого дії) вона збігається з конструктивною і дорівнює: Радіусом R в даному випадку буде половина відстані від середини ширини гумового підвісу одного боку до середини гумового підвісу протилежною. Це пов'язано з тим, що половина ширини гумового підвісу також є випромінюючої поверхнею. Зверніть увагу що одиниця вимірювання цієї площі - квадратні метри. Відповідно і радіус потрібно в неї підставляти в метрах.
Розраховуємо відносну жорсткість Cms на основі отриманих результатів за формулою:
м / Н (метрів / Ньютон), де М - маса доданих важків в кілограмах.
[Hide] [top] Визначення еквівалентного обсягу методом додаткового обсягу
Для визначення еквівалентного обсягу динаміка методом додаткового обсягу герметичний вимірювальний ящик з круглою діркою збігається за розміром з діаметром дифузора динаміка. Обсяг ящика краще вибрати ближче до того, в якому ми потім збираємося цей динамік слухати. Потрібно герметично закріпити динамік в вимірювальному ящику. Найкраще це зробити магнітом назовні, оскільки динаміку все одно, з якого боку у нього обсяг, а вам буде простіше підключати дроти. Та й зайвих отворів при цьому менше. герметизируем всі щілини.
Потім потрібно зробити виміри Fс (резонансної частоти динаміка в закритому ящику) і, відповідно, обчислити механічну і електричну добротність Qmc і Qec і добротність динаміка в вимірювальному ящику Qts '(QTс). Після чого вже обчислюємо еквівалентний обсяг за формулою:
Практично з тими ж результатами можна використовувати і більш просту формулу:
де: Vb - обсяг вимірювального ящика, м3.
Виконуємо перевірку: обчислюємо і якщо виміряна в ящику Qts '= Qtc. ну або майже дорівнює, значить - все зроблено правильно, і можна переходити до проектування акустичної системи.
[Hide] [top] Висновки
Отже, ми знайшли і розрахували декілька основних параметрів і можемо на їх підставі робити деякі висновки:
* 1. Якщо резонансна частота динаміка вище 50Гц, то він має право претендувати на роботу в кращому випадку як мидбас. Про сабвуфере на такому динаміці можна відразу забути.
* 2. Якщо резонансна частота динаміка вище 100 Гц, то це взагалі не низкочастотник. Можете використовувати його для відтворення середніх частот в трьохполосних системах.
* 3. Якщо співвідношення Fs / Qts у динаміка становить менше 50-ти, то цей динамік призначений для роботи виключно в закритих ящиках. Якщо більше 100 - виключно для роботи з фазоінвертором або в Бандпасс. Якщо ж значення знаходиться в проміжку між 50 і 100, то тут потрібно уважно дивитися і на інші параметри - до якого типу акустичного оформлення динамік тяжіє.
Найкраще для цього використовувати спеціальні комп'ютерні програми, здатні змоделювати в графічному вигляді акустичну віддачу такого динаміка в різному акустичному оформленні. Правда при цьому не обійтися без інших, не менш важливих параметрів - Sd, Cms і Lе.
Отриманих в результаті всіх цих вимірів даних досить для подальшого розрахунку акустичного оформлення низькочастотної ланки досить високого класу.
[Hide] [top] Знаходження додаткових параметрів СMS, Re, Sd, Lе
[Hide] [top] Визначення відносної жорсткості Cms
Визначення відносної жорсткості описано в методиці визначення еквівалентного обсягу Vas методом додаткового маси (див. Вище), і обчислюється за формулою: м / Н (метрів / Ньютон) де:
М - маса грузика, г;
Fs - резонансна частота головки, Гц;
F's - резонансна частота головки в навантаженому стані під вантажем М, Гц;
[Hide] [top] Знаходження опору обмотки головки постійному струму Re
Опір головки постійному струму Re визначається на частоті близької до 0 Гц або вимірюється і безпосередньо омметром.
[Hide] [top] Знаходження площі дифузора Sd
Це так звана ефективна випромінює поверхню дифузора. Для найнижчих частот (в зоні поршневого дії) вона збігається з конструктивною і дорівнює:
Радіусом R в даному випадку буде половина відстані від середини ширини гумового підвісу одного боку до середини гумового підвісу протилежною. Це пов'язано з тим, що половина ширини гумового підвісу також є випромінюючої поверхнею. Зверніть увагу що одиниця вимірювання цієї площі - квадратні метри. Відповідно і радіус потрібно в неї підставляти в метрах.
[Hide] [top] Знаходження індуктивності котушки динаміка Lе
Для цього потрібні результати одного з відліків з самого першого тесту. Знадобиться імпеданс (повний опір) звукової котушки на частоті близько 1000 Гц. Оскільки реактивна складова (XL) відстоїть від активної Re на кут 900, то можна скористатися теоремою Піфагора:
Оскільки Z (імпеданс котушки на певній частоті) і Re (опір котушки по постійному струму) відомі, то формула перетворюється до:
Знайшовши реактивний опір XL на частоті F можна розрахувати і саму індуктивність за формулою: