จำลองลำโพงด้วยวงจร rlc ที่เทียบเท่า

หากคุณกำลังทำงานกับโปรเจ็กต์ที่เกี่ยวข้องกับเสียงองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องน้อยที่สุดคือลำโพง แต่ลำโพงเป็นส่วนสำคัญของวงจรที่เกี่ยวข้องกับเสียง ลำโพงที่ดีสามารถลบล้างเสียงรบกวนและให้เอาต์พุตที่ราบรื่นในขณะที่ลำโพงที่ไม่ดีสามารถทำลายความพยายามทั้งหมดของคุณได้แม้ส่วนที่เหลือของวงจรจะดีมากก็ตาม

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องเลือกลำโพงที่เหมาะสมเนื่องจากเป็นลำโพงที่ให้ผลลัพธ์สุดท้ายสำหรับผู้ชมปลายทาง แต่อย่างที่เราทราบกันดีว่าในขณะที่สร้างวงจรส่วนประกอบทั้งหมดจะไม่พร้อมใช้งานเสมอไปและบางครั้งเราไม่สามารถระบุได้ว่าจะเป็นเอาต์พุตใดหากเราเลือกลำโพงเฉพาะหรือบางครั้งเรามีลำโพง แต่ไม่มีสิ่งที่แนบมา ดังนั้นนี่จึงเป็นข้อกังวลอย่างมากเนื่องจากเอาต์พุตของลำโพงอาจแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงในสภาพแวดล้อมอะคูสติกประเภทต่างๆ

ดังนั้นจะทราบได้อย่างไรว่าอะไรจะเป็นคำตอบของผู้พูดในสถานการณ์ที่แตกต่างกัน? หรือการสร้างวงจรจะเป็นอย่างไร? บทความนี้จะครอบคลุมหัวข้อนี้ เราจะเข้าใจวิธีการทำงานของลำโพงและจะสร้างลำโพงรุ่นเทียบเท่า RLC วงจรนี้จะทำหน้าที่เป็นเครื่องมือที่ดีในการจำลองลำโพงในแอพพลิเคชั่นเฉพาะบางอย่าง

การสร้างลำโพง

ลำโพงทำหน้าที่เป็นตัวแปลงพลังงานซึ่งจะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ลำโพงมีโครงสร้างสองระดับคือแบบเครื่องกลและอีกแบบคือระบบไฟฟ้า

ในภาพด้านล่างเราสามารถมองเห็นข้ามส่วนของลำโพง

เราสามารถเห็นโครงลำโพงหรือตัวยึดที่ยึดส่วนประกอบทั้งด้านในและด้านนอก ส่วนประกอบ ได้แก่ Dust cap, Voice coil, Diaphragm Cone, Speaker Spider, Pole และ Magnet

ไดอะแฟรมเป็นสิ่งที่สิ้นสุดซึ่งแรงสั่นสะเทือนและผลักดันการสั่นสะเทือนไปในอากาศและทำให้การเปลี่ยนแปลงความดันอากาศ เพราะรูปร่างกรวยที่เรียกว่าไดอะแฟรมไดอะแฟรมกรวย

สไปเดอร์เป็นส่วนประกอบที่สำคัญซึ่งรับผิดชอบต่อการเคลื่อนไหวที่เหมาะสมของไดอะแฟรมของลำโพง เพื่อให้แน่ใจว่าเมื่อกรวยสั่นจะไม่สัมผัสกับโครงลำโพง

นอกจากนี้เซอร์ราวด์ซึ่งเป็นยางหรือวัสดุคล้ายโฟมยังให้การสนับสนุนเพิ่มเติมกับกรวย กรวยไดอะแฟรมที่แนบมากับแม่เหล็กไฟฟ้าขดลวดขดลวดนี้สามารถเคลื่อนที่ในตำแหน่งขึ้น - ลงภายในเสาและแม่เหล็กถาวรได้อย่างอิสระ

ขดลวดนี้เป็นส่วนไฟฟ้าของลำโพง เมื่อเราให้คลื่นไซน์กับลำโพงวอยซ์คอยล์จะเปลี่ยนขั้วแม่เหล็กและเลื่อนขึ้นและลงซึ่งส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนในกรวย การสั่นสะเทือนจะถ่ายเทสู่อากาศต่อไปโดยการดึงหรือดันอากาศและทำให้ความกดอากาศเปลี่ยนแปลงจึงทำให้เกิดเสียง

การสร้างแบบจำลองลำโพงในวงจรไฟฟ้า

ลำโพงเป็นองค์ประกอบหลักสำหรับทุกวงจรเครื่องขยายเสียง, กลไกการทำงานของลำโพงที่มีจำนวนขององค์ประกอบทางกายภาพหากเราทำรายการแล้วจุดพิจารณาจะเป็น -

การปฏิบัติตามการระงับ - นี่คือคุณสมบัติของวัสดุที่วัสดุอยู่ภายใต้การเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นหรือสัมผัสกับการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรเมื่ออยู่ภายใต้แรงกระทำ
ความต้านทานการระงับ - มันคือภาระที่กรวยหันหน้าไปทางขณะเคลื่อนที่จากระบบกันสะเทือน เป็นที่รู้จักกันในชื่อ Mechanical Damping
มวลเคลื่อนที่ - คือมวลรวมของขดลวดกรวยเป็นต้น
โหลดอากาศที่ดันผ่านไดรเวอร์

สี่จุดข้างต้นนี้มาจากปัจจัยทางกลไกของลำโพง มีอีกสองปัจจัยที่มีอยู่ได้ด้วยระบบไฟฟ้า,

ขดลวดเหนี่ยวนำ
ความต้านทานของคอยล์

ดังนั้นเมื่อพิจารณาถึงประเด็นทั้งหมดเราสามารถสร้างแบบจำลองทางกายภาพของลำโพงโดยใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าเพียงไม่กี่ชิ้น ที่สูงกว่า 6 จุดสามารถจำลองใช้สามส่วนประกอบแฝงพื้นฐาน: ตัวต้านทาน, ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุที่มีการแสดงเป็นRLC วงจร

วงจรเทียบเท่าพื้นฐานของลำโพงสามารถทำได้โดยการใช้เพียงสององค์ประกอบ: ตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำ วงจรจะมีลักษณะดังนี้ -

ในภาพด้านบนมีเพียงตัวต้านทาน R1 ตัวเดียวและตัวเหนี่ยวนำ L1 ตัวเดียวเท่านั้นที่เชื่อมต่อกับแหล่งสัญญาณ AC ต้านทาน R1 นี้แสดงให้เห็นถึงความต้านทานขดลวดเสียงและตัวเหนี่ยวนำ L1 ให้ขดลวดเหนี่ยวนำเสียง นี่เป็นโมเดลที่ง่ายที่สุดที่ใช้ในการจำลองลำโพง แต่แน่นอนว่ามันมีข้อ จำกัด เนื่องจากเป็นเพียงโมเดลไฟฟ้าและไม่มีขอบเขตในการกำหนดความสามารถของลำโพงและจะตอบสนองอย่างไรในสถานการณ์จริงที่เกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนเครื่องจักรกล

วงจร RLC เทียบเท่าลำโพง

ดังนั้นเราจึงได้เห็นลำโพงรุ่นพื้นฐาน แต่เพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้องเราจำเป็นต้องเพิ่มชิ้นส่วนกลไกที่มีส่วนประกอบทางกายภาพจริงในรุ่นที่เทียบเท่าลำโพงนั้น มาดูกันว่าเราทำได้อย่างไร แต่ก่อนที่จะเข้าใจสิ่งนี้ให้วิเคราะห์ว่าส่วนประกอบใดที่จำเป็นและอะไรคือจุดประสงค์ของพวกเขา

สำหรับการปฏิบัติตามข้อกำหนดการระงับสามารถใช้ตัวเหนี่ยวนำได้เนื่องจากการปฏิบัติตามข้อกำหนดการระงับมีการเชื่อมต่อโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงบางอย่างของกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดเสียง

พารามิเตอร์ถัดไปคือความต้านทานการระงับเนื่องจากเป็นโหลดชนิดหนึ่งที่สร้างขึ้นโดยระบบกันสะเทือนจึงสามารถเลือกตัวต้านทานเพื่อจุดประสงค์นี้ได้

เราสามารถเลือกตัวเก็บประจุสำหรับมวลเคลื่อนที่ซึ่งรวมถึงขดลวดมวลของกรวย และยิ่งไปกว่านั้นเราสามารถเลือกตัวเก็บประจุอีกครั้งสำหรับภาระอากาศซึ่งจะทำให้มวลของกรวยเพิ่มขึ้นด้วย นอกจากนี้ยังเป็นตัวแปรสำคัญในการสร้างโมเดลที่เทียบเท่าลำโพง

ดังนั้นเราได้เลือกอย่างใดอย่างหนึ่งเหนี่ยวนำสำหรับการปฏิบัติตาม Suspension หนึ่งต้านทานความต้านทานการระงับและสองตัวเก็บประจุสำหรับการโหลดของเรา Air, และมวลย้าย

ตอนนี้สิ่งที่สำคัญต่อไปคือวิธีการเชื่อมต่อสิ่งเหล่านี้เพื่อสร้างลำโพงรุ่นเทียบเท่าไฟฟ้า ความต้านทาน (R1) และตัวเหนี่ยวนำ (L1) อยู่ในการเชื่อมต่อแบบอนุกรมซึ่งเป็นปัจจัยหลักและตัวแปรโดยใช้ปัจจัยเชิงกลแบบขนาน ดังนั้นเราจะเชื่อมต่อส่วนประกอบเหล่านั้นแบบขนานกับ R1 และ L1

วงจรสุดท้ายจะเป็นแบบนี้ -

เราได้เพิ่มส่วนประกอบในการเชื่อมต่อแบบขนานกับ R1 และ L1 C1 และ C2 จะแสดงถึงมวลที่เคลื่อนที่และภาระอากาศตามลำดับ L2 ให้การปฏิบัติตามระบบกันสะเทือนและ R2 จะเป็นค่าความต้านทานของระบบกันสะเทือน

ดังนั้นวงจรที่เทียบเท่าขั้นสุดท้ายของลำโพงที่ใช้ RLCจึงแสดงไว้ด้านล่าง ภาพนี้แสดงรูปแบบที่เทียบเท่ากันของลำโพงโดยใช้ตัวต้านทานตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ

ที่ไหนRc - ความต้านทานของคอยล์, Lc - Coil เหนี่ยวนำ, Cmems - การย้ายความจุมวลLSC - เหนี่ยวนำของการปฏิบัติตาม Suspension, RSR - การระงับความต้านทานและแคล - ค่าความจุของการโหลดอากาศ

Thiele / Small Parameters ในการออกแบบลำโพง

ตอนนี้เรามีโมเดลที่เทียบเท่ากันแล้ว แต่จะคำนวณมูลค่าของส่วนประกอบได้อย่างไร สำหรับสิ่งนี้เราต้องการ พารามิเตอร์ขนาดเล็ก ของ Thiele ของลำโพงดัง

พารามิเตอร์ขนาดเล็กได้มาจากความต้านทานอินพุตของลำโพงเมื่ออิมพีแดนซ์อินพุตเหมือนกับความถี่เรโซแนนซ์และพฤติกรรมเชิงกลของลำโพงเป็น Linear อย่างมีประสิทธิภาพ

Thiele Parameters จะให้สิ่งต่อไปนี้ -

พารามิเตอร์	คำอธิบาย	หน่วย
	ปัจจัย Q ทั้งหมด	ยูนิต
	ปัจจัย Q เชิงกล	ยูนิต
	ปัจจัยไฟฟ้า Q	ยูนิต
	ความถี่เรโซแนนซ์	เฮิร์ตซ์
	ความต้านทานของการระงับ	N. s / m
	มวลเคลื่อนที่ทั้งหมด	กิโลกรัม
	พื้นที่คนขับที่มีประสิทธิภาพ	ตร.ม.
	ระดับเสียงที่เท่ากัน	Cu.m
	การเคลื่อนที่เชิงเส้นของวอยซ์คอยล์	ม
	การตอบสนองต่อความถี่	Hz หรือ kHz
	การกระจัดของไดรฟ์เวอร์ยูนิต	Cu.m
	ความต้านทานของวอยซ์คอยล์	โอห์ม
	ขดลวดเหนี่ยวนำ	Henry หรือ Mili Henry
	ปัจจัยแรง	เทสลา / เมตร
	การปฏิบัติตามระบบกันสะเทือนของไดรเวอร์	เมตรต่อนิวตัน

จากพารามิเตอร์เหล่านี้เราสามารถสร้างแบบจำลองที่เทียบเท่าโดยใช้สูตรง่ายๆ

ค่าของRcและLcสามารถเลือกได้โดยตรงจากความต้านทานของขดลวดและความเหนี่ยวนำ สำหรับพารามิเตอร์อื่น ๆ เราสามารถใช้สูตรต่อไปนี้ -

ซม. = Mmd / Bl ² Lsc = Cms * Bl ² Rsr = Bl ² / Rms

หากไม่ได้ระบุRmsเราสามารถกำหนดได้จากสมการต่อไปนี้ -

Rms = (2 * π * fs * Mmd) / Qms Cal = (8 * p * โฆษณา³) / (3 * Bl ²)

การสร้างวงจรลำโพงเทียบเท่า RLC ด้วยข้อมูลจริง

เมื่อเราได้เรียนรู้วิธีกำหนดค่าที่เท่ากันสำหรับส่วนประกอบเรามาทำงานกับข้อมูลจริงและจำลองลำโพง

เราเลือกลำโพง12S330จาก BMS Speakers นี่คือลิงค์สำหรับเดียวกัน

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

สำหรับลำโพง Thiele Parameters คือ

จากพารามิเตอร์ Thiele นี้เราจะคำนวณค่าที่เท่ากัน

ดังนั้นเราคำนวณค่าของแต่ละองค์ประกอบที่จะใช้สำหรับการ 12S330 รุ่นเทียบเท่ามาสร้างโมเดลใน Pspice

เราจัดเตรียมค่าให้กับแต่ละองค์ประกอบและเปลี่ยนชื่อแหล่งสัญญาณเป็นV1 เราสร้างโปรไฟล์จำลอง -

เรากำหนดค่าการกวาด DC เพื่อให้ได้การวิเคราะห์ความถี่ขนาดใหญ่ตั้งแต่5 Hzถึง20000 Hzที่100จุดต่อทศวรรษในมาตราส่วนลอการิทึม

ต่อไปเราเชื่อมต่อโพรบผ่านอินพุตรุ่นลำโพงที่เทียบเท่าของเรา -

เราได้เพิ่มการติดตามแรงดันและกระแสใน Rc ความต้านทานของวอยซ์คอยล์ เราจะตรวจสอบความต้านทานของตัวต้านทานนี้ ในการทำเช่นนี้ดังที่เราทราบ V = IR และถ้าเราแบ่ง V + ของแหล่งจ่ายไฟ AC ด้วยกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทาน Rc เราจะได้ค่าอิมพีแดนซ์

ดังนั้นเราจึงเพิ่มการติดตามด้วยสูตร V (V1: +) / I (Rc)

และในที่สุดเราก็ได้พล็อตอิมพีแดนซ์ของรุ่นลำโพงที่เทียบเท่า 12S330 ของเรา

เราสามารถดูพล็อตอิมพีแดนซ์และการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ของลำโพงขึ้นอยู่กับความถี่ -

เราสามารถเปลี่ยนค่าต่างๆตามความต้องการของเราและตอนนี้เราสามารถใช้โมเดลนี้เพื่อจำลอง ลำโพง12S330 จริงได้