Измерение параметров тиля-смолла в домашних условиях

Измерение T-S параметров динамика с помощью компьютера. — Сообщество «Автозвук» на DRIVE2

Всем привет. Те, кто занимался расчетом акустического оформления, встечались с параметами Тиля-Смолла. Чтобы, например, рассчитать акустическое оформление для динамика, необходимо знать минимум 3 основных парметра: Vas – эквивалентный объем, Qts – полная добротность и Fs – резонансная частота.

Большинство производителей не указывают эти параметры, а пишут на коробках всякие красивые цифры и прочую «ерунду», мало относящуюся к динамику ( типа 1300ватт и т.д.).
Есть замечательная программа AudioTester, которая может многое, в том числе и измерять параметры НЧ динамиков.

Скачать бесплатно программу можно на офф. сайте, но она постоянно будет напоминать нам, чтобы мы приобрели полную версии, и после нескольких измерений закрывается, но функционал полный. Скачиваем файл (около 30мб), жмем Download в левом верхнем углу сайта, устанавливаем программу.

Нам нужно собрать вот такую простенькую схему, прикупить пару штекеров и пару резисторов на 10ом.

Схема шнурка

Тестер, шнурок, 25ГДН и резистор 15ом.

Запускаем программу, слева нажимаем TSP, настройки делаем как у меня, в настройках звуковой карты убираем эквалайзеры и прочее, уровень входов-выходов ставим 60-80%.Сначала нужно откалибровать сопротивление, для этого находим резистор 10-20ом, измеряем его сопротивление тестером, либо ищем резистор с малой погрешностью.

Измерение сопротивление показало 15,9 ома, но это не совсем так.

У меня валялся вот такой керамический резистор 15ом, и чтобы измерить его сопротивление максимально точно, нужно вычесть показания на тестере (приборе) при подключенном резисторе и показания при короткозамкнутых щупах (15,9-0,9=15ом), совпало с номиналом, но такое бывает редко.

При замкнутых щупах сопротивление 0,9 ом

Щупы и внутренняя схема тестера тоже имеет сопротивление, и не стоит этим пренебрегать.

Подключаем шнурок к звуковой карте

Подключаем шнукок ко входу и выходу звуковой карты компьютера (у меня это line out и line in, с микрофонным входом почему-то не работает) подсоединяем к шнурку резистор 15 ом, запускаем программу, жмем Start и добиваемся (изменением значения эталонного сопротивления) того, чтобы на графике линия совпадала со шкалой 15ом, заодно мы проверим пригодность и линейность звуковой карты( у меня она вышла просто идеальной, см. на фото синюю линию)

Первый запуск и калибровка.

Итак, мы откалибровали наш шнурок, теперь можно смело измерять параметры динамиков. Для примера я взял советский 25ГДН 86г.в.

Диапазон частот выбираем от 5Гц до 120гц (Fs=78Гц), для сабвуферов верхнюю частоту можно уменьшить до 100гц, но нижнюю частоту измерения лучше не поднимать, так как будет страдать точность (Rdc станет выше).

Динамик располагаем вертикально, подвешиваем, либо держим в руках во время измерения, в программе выставляем соответствующие настройки, нажимаем старт, ждем, пока программа построит график. Теперь перетаскиваем график в окошечко (1. Measurement), и программа мгновенно посчитает параметры.

Замер параметров 25 ГДН

Самое сложное — определения эквивалентного объема. Для этого линейкой измеряем диаметр диффузора от середины до середины подвеса, приклеиваем на двусторонний скотч монеты исходя примерно из соотношения: масса монет = массе подвижной системы (5дюймов-10гр, 6,5 – 20гр, 8 – 40гр, 10 – 90гр, 12 – 120гр, 15 – 180гр), но зависит от конструкции НЧ динамика. Массу монет можно узнать тут, лучше брать те, которые не магнитятся. Переключаемся на второй график, в настройках указываем массу монет и диаметр динамика, жмем Start и строим зависимость сопротивления с дополнительным грузом, перетаскиваем его в окошко (2. Measurement). Все, программа выдает нам оставшиеся Vas и прочее. Можно сохранить данные, нажав Print/List.

Дополнительный груз — 2 монеты по 10р.

Также с помощью данного шнурка можно узнать сопротивление динамика на определенной частоте (частоте раздела фильтров, например), что поможет при расчете пассивных фильтров. На высоких частотах сопротивление будет уже далеко не 4 ома (сказывается большая индуктивность катушки НЧ динамиков).

Зависимость сопротивления от частоты 25ГДН

Можно очень точно определить частоту настройки порта фазоинвертора. Для этого шнурок подключаем к собранному коробу ФИ и аналогично замеряем сопротивление, минимальное его значение будет соответствовать настройке порта, нужно только увеличить график.

Определяем частоту настройки ФИ

С готовым шнурком и настроенной программой измерение параметров динамика занимает не более 10 минут. Для новых динамиков рекомендуется размять подвес и шайбу, погоняв на синусе ниже резонанса динамика несколько часов.

Исходя из небольшого опыта, точность измерений зависит от калибровки, точности массы добавочного груза, и от измеренного значения Rdc (сопротивление постоянному току), поэтому я выбрал нижнюю частоту измерений 5 Гц( у моего динамика при 5Гц R=3,5ом а при 20Гц уже 4,2 ома).

Значение Rdc, измеренное тестером оказалось 3,5 ом (4,4- 0,9 с учетом сопротивления щупов), то же самое что и насчитала программа.

Предложения и замечание пишите в комментариях, если что не так, исправлю.

Параметры Тиля-Смолла и акустическое оформление

« Назад

 До 1970 года не существовало удобных и доступных, принятых в качестве стандартных для всей индустрии методов получения сравнительных данных о работе громкоговорителей. Отдельные тесты, проводимые лабораториями, были слишком дороги и трудоемки.

При этом методы получения сравнительных данных о громкоговорителях были нужны как покупателям для выбора нужной модели, так и производителям аппаратуры для более точного описания своей продукции и аргументированного сравнения различных устройств.

Конструкция громкоговорителяВ начале семидесятых на конференции AES был представлен доклад, авторами которого были Невилл Тиле (Neville Thiele) и Ричард Смолл (Richard Small). Тиле был главным инженером по разработкам и развитию в Австралийской вещательной комиссии (Australian Broadcasting Commission).

В то время он заведовал Федеральной инженерной лабораторией (Federal Engineering Laboratory) и занимался анализом работы аппаратуры и систем для передачи аудио- и видеосигналов. Смолл учился в аспирантуре Школы инженеров университета Сиднея.

Целью Тиле и Смолла было показать, как выведенные ими параметры помогают подобрать кабинет к конкретному громкоговорителю. Однако в результате получилось, что эти измерения дают значительно больше информации: по ним можно сделать гораздо более глубокие выводы о том, как работает громкоговоритель, чем на основе привычных данных о размере, максимальной выходной мощности или чувствительности.

Перечень параметров, получивших название «Параметры Смолла-Тиле»: Fs, Re, Le, Qms, Qes, Qts, Vas, Cms, Vd, BL, Mms, Rms, EBP, Xmax/Xmech, Sd, Zmax, рабочий диапазон воспроизводимых частот (Usable Freq. Range), номинальная мощность (Power Handling), чувствительность (Sensitivity).

Это группа параметров, введенных A.N. Thiele и позднее R.H. Small, при помощи которых можно полностью описать электрические и механические характеристики средне – и низкочастотных головок громкоговорителей, работающих вкомпрессионной области, т.е. тогда, когда в диффузоре не возникают продольные колебания и его можно уподобить поршню.

Параметры Thiele & Small

Fs (Гц) – частота собственного резонанса головки громкоговорителя в открытом пространстве. В этой точке ее импеданс максимален. Fc (Гц) – частота резонанса акустической системы для закрытого корпуса. Fb (Гц) – частота резонанса фазоинвертора. F3 (Гц) – частота среза, на которой отдача головки снижается на 3 dB. Vas (куб.м) – эквивалентный объем. Это возбуждаемый головкой закрытый объем воздуха, имеющий гибкость, равную гибкости Cms подвижной системы головки. D (м) – эффективный диаметр диффузора. Sd (кв.м) – эффективная площадь диффузора (примерно 50-60% конструктивной площади). Xmax (м) – максимальное смещение диффузора. Vd (куб.м) – возбуждаемый объем (произведение Sd на Xmax). Re (Ом) – сопротивление обмотки головки постоянному току. Rg (Ом) – выходное сопротивление усилителя с учетом влияния соединительных проводов и фильтров. Qms (безразмерная величина) – механическая добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает механические потери. Qes (безразмерная величина) – электрическая добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает электрические потери. Qts (безразмерная величина) – полная добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает все потери. Qmc (безразмерная величина) – механическая добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает механические потери. Qec (безразмерная величина) – электрическая добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает электрические потери. Qtc (безразмерная величина) – полная добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает все потери. Ql (безразмерная величина) – добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая потери перетекания. Qa (безразмерная величина) – добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая потери поглощения. Qp (безразмерная величина) – добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая прочие потери. n0 ( безразмерная величина, иногда %) – относительная эффективность (К.П.Д.) системы. Cms (м/Н) – гибкость подвижной системы головки громкоговорителя(смещение под воздействием механической нагрузки). Mms (кГ) – эффективная масса подвижной системы (включает массу диффузора и колеблющегося вместе с ним воздуха).  Rms (кГ/с) – активное механическое сопротивление головки. B (Тл) – индукция в зазоре. l (м) – длина проводника звуковой катушки. Bl (м/Н) – коэффициент магнитной индукции. Pa – акустическая мощность. Pe – электрическая мощность. c=342 м/с – скорость звука в воздухе в нормальных условиях. p=1.18 кГ/м^3 – плотность воздуха в нормальных условиях. Le – индуктивность катушки. BL – значение плотности магнитного потока, умноженный на длину катушке.

Spl – уровень звукового давления в дБ.

Fs Данный параметр определяет резонансную частоту громкоговорителя в свободном поле (Free Air Resonance Frequency). В этом случае масса движущихся частей громкоговорителя оказывается сбалансированной с силой торможения подвеса во время работы излучателя.

Эффект достижения резонансной частоты можно наблюдать в случае, когда струна начинает сама собой гудеть от порыва ветра. У громкоговорителя на резонансной частоте наблюдается подъем величины полного электрического сопротивления, и резонансная частота является той границей, ниже которой громкоговоритель не воспроизводит звук.

Масса движущихся частей, жесткость подвеса и центрирующей шайбы громкоговорителя являются ключевыми факторами, влияющими на резонансную частоту. Параметр Fs очень важен при вычислении кабинета для громкоговорителя и помогает предотвратить возникновение паразитных призвуков корпуса.

Вуфер с более низким значением параметра Fs лучше подойдет для воспроизведения низких частот, чем вуфер с более высоким значением Fs. Однако это не является строгим правилом.

Re

Этот параметр описывает сопротивление громкоговорителя по постоянному току, измеренное с помощью омметра. Его часто называют DCR.

Значение этого сопротивления почти всегда меньше номинального сопротивления громкоговорителя, что беспокоит многих покупателей, так как они боятся, что усилитель будет перегружен.

Однако, благодаря тому что индуктивность громкоговорителя растет с увеличением частоты, маловероятно, что постоянное сопротивление будет влиять на нагрузку.

Le

Этот параметр соответствует индуктивности звуковой катушки, измеренной в мГн (миллигенри). По установленному стандарту измерение индуктивности производится на частоте 1 кГц. При повышении частоты будет происходить рост полного сопротивления выше значения Re, так как звуковая катушка работает как индуктор.

В результате этого полное сопротивление (Impedance) громкоговорителя не является постоянной величиной. Оно может быть представлено в виде кривой, которая меняется с изменением частоты входного сигнала. Максимальное значение полного сопротивления (Zmax) имеет место на резонансной частоте (Fs).

Q-параметры

Параметры Qms, Qes и Qts представляют собой измерения, связанные с центровкой подвеса диффузора при достижении резонансной частоты (Fs).

Система подвеса должна предотвратить любое боковое движение диффузора, в результате которого может произойти соприкосновение звуковой катушки и других частей громкоговорителя, а также препятствовать достижению максимальной возможной амплитуды хода диффузора (нахождение диффузора на пике амплитуды может привести к выходу его из строя). Кроме того, система подвеса должна компенсировать внешнюю вибрацию. Параметр Qms соответствует измерению влияния, оказываемого на работу системы подвеса громкоговорителя его механической частью (эластичным подвесом и центрирующей шайбой). Эту систему можно рассматривать как аналог автомобильной рессоры. Параметр Qes соответствует измерению влияния, оказываемого на работу системы подвеса громкоговорителя его электрической частью (звуковой катушкой и магнитом). Противодействующие силы механической и электрической составляющих системы подвеса обеспечивают поглощение паразитной вибрации. Параметр Qts, называемый также «Полное Q» (Total Q) громкоговорителя, равен произведению Qes и Qms, деленному на их сумму. Как правило, значение Qts, равное 0,4 или ниже, показывает, что громкоговоритель подходит для работы в кабинете фазоинверторной конструкции. Значение Qts между 0,4 и 0,7 говорит о том, что громкоговоритель лучше подойдет для закрытых кабинетов. Если Qts выше 0,7, это означает что громкоговоритель можно использовать в открытом ящике или в кабинете типа «бесконечный экран». Однако бывают и исключения.

Vas/Cms

Параметр Vas говорит о том, каким должен быть объем воздуха, который при сжатии до объема в один кубический метр оказывает такое же сопротивление, что и система подвеса (эквивалентный объем). Коэффициент гибкости системы подвеса для данного громкоговорителя обозначается как Cms.

Vas является одним из наиболее сложных для измерения параметров, так как давление воздуха изменяется в соответствии с влажностью и температурой и, таким образом, требует для измерения очень высокотехнологичную лабораторию. Cms измеряется в метрах на ньютон (м/Н) и представляет собой силу, с которой механическая система подвеса сопротивляется движению диффузора.

Другими словами, Cms соответствует измерению жесткости механического подвеса громкоговорителя. Соотношение Cms и Q-параметров можно сравнить с выбором между повышенным комфортом и улучшенными ходовыми качествами, который делают производители автомобилей.

Если рассматривать пики и минимумы аудиосигнала как неровности автомобильной дороги, то система подвеса громкоговорителя аналогична рессорам автомобиля — в идеале она должна выдерживать очень быструю езду по дороге, заваленной крупными валунами.

Vd

Этот параметр обозначает максимальный объем воздуха, который может быть вытолкнут диффузором (Peak Diaphragm Displacement Volume).

Он вычисляется путем умножения Xmax (максимальной длины той части звуковой катушки, которая выходит за пределы магнитного зазора) на Sd (площадь рабочей поверхности диффузора).

Vd измеряется в кубических сантиметрах. Субвуферы обычно характеризуются самыми высокими значениями Vd.

BL

Выражаемый в тесла на метр, этот параметр характеризует движущую силу громкоговорителя. Другими словами, BL дает понять, насколько большую массу может «поднять» громкоговоритель.

Измеряется этот параметр следующим образом: на диффузор воздействует определенная сила, направленная внутрь громкоговорителя, и при этом измеряется сила тока, нужная для того, чтобы противодействовать приложенной силе — масса в граммах делится на силу тока в амперах.

Высокое значение параметра BL говорит об очень большой силе громкоговорителя.

Mms

Этот параметр является объединением веса диффузора в сборе и массы воздушного потока, сдвигаемого диффузором громкоговорителя во время работы. Вес диффузора в сборе равен сумме веса самого диффузора, центрирующей шайбы и звуковой катушки. При вычислении массы воздушного потока, смещаемого диффузором, используется объем воздуха, соответствующий параметру Vd.

Rms

Этот параметр описывает потери на механическое сопротивление системы подвеса громкоговорителя. Он представляет собой измерение абсорбирующих качеств подвеса громкоговорителя и измеряется в Н і с/м.

EBP

Этот параметр равен Fs, деленному на Qes. Он используется во многих формулах, связанных с конструированием кабинетов для акустических систем, и в частности, чтобы определить, какой кабинет лучше выбрать для данного громкоговорителя — закрытый или фазионверторной конструкции.

Когда значение EBP приближается к 100, это означает, что такой громкоговоритель лучше всего подойдет для работы в фазоинверторном корпусе. В случае, если EBP близок к 50, данный громкоговоритель лучше установить в закрытый корпус.

Однако это правило является лишь отправной точкой при создании акустической системы и допускает исключения.

Xmax/Xmech

Параметр определяет максимальное линейное отклонение. Выходной сигнал громкоговорителя становится нелинейным, когда звуковая катушка начинает выходить из магнитного зазора.

Хотя и система подвеса может создавать нелинейность в выходном сигнале, искажения начинают значительно увеличиваться в тот момент, когда число витков звуковой катушки в магнитном зазоре начинает уменьшаться.

Для определения Xmax нужно вычислить длину части звуковой катушки, вышедшей за пределы верхнего среза магнита, и разделить ее пополам.

Этот параметр используется для определения максимального звукового давления (SPL), которое может обеспечить громкоговоритель, сохраняя при этом линейность сигнала, то есть нормированное значение КНИ.

При определении Xmech проводятся измерения длины хода звуковой катушки до возникновения одной из следующих ситуаций: либо разрушается центрирующая шайба, либо звуковая катушка упирается в предохраняющую заднюю крышку, либо звуковая катушка выходит из магнитного зазора, либо начинают играть роль другие физические ограничения диффузора. Наименьшая из полученных длин хода катушки делится пополам и полученное значение принимается за максимальное механическое смещение диффузора.

Sd

Этот параметр соответствует площади рабочей поверхности диффузора. Измеряется в см2.

Zmax

Этот параметр соответствует полному сопротивлению громкоговорителя на резонансной частоте.

Рабочий диапазон воспроизводимых частот (Usable frequency range)

Производители используют разные способы для измерения рабочего диапазона частот. Многие методы считаются приемлемыми, однако они приводят к разным результатам. По мере повышения частоты внеосевое излучение громкоговорителя уменьшается пропорционально диаметру.

В определенной точке оно становится остронаправленным. В таблице показана зависимость частоты, на которой имеет место этот эффект, от размера громкоговорителя. [IMG]file:///C:/Documents%20and%20Settings/artemk01klg/Desktop/1.

jpg[/IMG]

Номинальная мощность (Power handling)

Это очень важный параметр при выборе громкоговорителя. Необходимо точно знать, что излучатель выдержит мощность подводимого к нему сигнала. Поэтому нужно подобрать такой громкоговоритель, который сможет с запасом выдержать подводимую к нему мощность. Определяющим критерием того, какую мощность будет иметь громкоговоритель, является его способность отводить тепло.

Основными конструктивными особенностями, влияющими на эффективный отвод тепла, являются размер звуковой катушки, размер магнита, вентиляция конструкции, а также высокотехнологичные современные материалы, использованные в конструкции звуковой катушки.

Большие размеры звуковой катушки и магнита обеспечивают более эффективное рассеивание тепла, а вентиляция обеспечивает охлаждение конструкции. При вычислении мощности громкоговорителя помимо способности выдерживать нагрев важны также механические свойства громкоговорителя.

Ведь устройство может выдерживать нагрев, возникающий при подведении мощности в 1 кВт, но еще до достижения этого значения оно выйдет из строя из-за конструктивных повреждений: звуковая катушка будет упираться в заднюю стенку или звуковая катушка выйдет из магнитного зазора, диффузор деформируется и т. д.

Наиболее часто подобные поломки случаются при воспроизведении слишком мощного НЧ-сигнала на большой громкости. Чтобы избежать поломок, необходимо знать реальный диапазон воспроизводимых частот, параметр Xmech, а также номинальную мощность.

Чувствительность (Sensitivity)

Этот параметр является одним из важнейших во всей спецификации громкоговорителя. Он позволяет понять, насколько эффективно и с какой громкостью аппарат будет воспроизводить звук при подведении сигнала той или иной мощности.

К сожалению, производители громкоговорителей используют разные методы для вычисления этого параметра — единого установленного не существует. При определении чувствительности измеряют уровень звукового давления на расстоянии одного метра при подведении к громкоговорителю мощности 1 Вт.

Проблема состоит в том, что иногда расстояние в 1 м рассчитывается от пылезащитного колпачка, а иногда от подвеса громкоговорителя. Из-за этого определить чувствительность громкоговорителей бывает довольно сложно.

Взято сhttp://rus.625-net.ru/

Часть 2. Измерение параметров Тиля-Смолла на примере динамика 8ГД-1

В серии обучающих статей
для начинающих радиолюбителей приведены основные сведения по громкоговорителям (динамикам), и акустическим системам (колонкам) и их расчётам на примерах.

Часть 2. Измерение параметров Тиля-Смолла на примере.

Вид акустического оформления и размеры корпуса АС определяются параметрами конкретной низкочастотной головки (параметры Тиля-Смолла), и несколько в меньшей степени параметрами разделительных фильтров и усилителя мощности, с которым АС придётся работать.

В первом приближении можно сказать, что чем больше диаметр НЧ головки, тем больше понадобится корпус. Если с местом размещением акустики проблем нет, и объём комнаты большой, то желательно выбрать и НЧ головку диаметром побольше: 250 – 315 – 360 или 380 мм. И наоборот, нет смысла ставить большие АС в маленькую комнату.

Выигрыш больших диаметров  будет в первую очередь в чувствительности и в расширении диапазона в НЧ область. Помочь добиться ровного, без подъёмов и спадов АЧХ воспроизведения самой нижней частоты от конкретной НЧ головки и призвана помочь эта статья.

Для измерения понадобится небольшая измерительная установка, приборы которой, как правило, уже имеются у радиолюбителей. Большую часть из них может заменить компьютер с соответствующей программой. Расчёт ведётся на калькуляторе простыми формулами с арифметическими действиями не сложнее корня квадратного.

Вполне по плечу тем, кто немного знаком с радиоэлектроникой.

Метод «тыка», которым так часто пользуются радиолюбители для подбора оформления, далеко не всегда приводит к желаемым результатам, и тем более 100%-ному использованию возможностей НЧ динамика. Слишком много в этом деле переменных величин. И уставший от бесконечного перебора вариантов наш коллега или разочаровывается, или застревает на решении, подчас далёком от оптимума.

Повторение чужих удачных конструкций также нередко чревато разочарованием. Головки имеют большой разброс характеристик. К тому же, что звучит у одного, с его ушами, усилителем, источником и комнатой прослушивания то у другого может не «зазвучать».

К вопросу выбора НЧ головки и стыка её с другими элементами тракта мы ещё вернёмся чуть позже. У многих они уже имеются, и они находятся на распутье, какую АС из них делать.

А сейчас будем считать, что нам подвернулась парочка винтажных 8ГД-1 диаметром 250 мм. У нас имеется зала средних размеров, и мы не часто слушаем громкую музыку. Нам больше нужно качество.

С размещением АС также проблем нет.

Для точного расчёта и затем выбора оптимального оформления произведём измерения параметров Тиля-Смолла.

Для этого собираем измерительную установку (см. рис. 1).

Блок генератора звуковых частот включает в себя собственно генератор, с мощным низкоомным выходом, стабильной во времени и по частоте неискажённой амплитудой на выходе в несколько вольт.

Также в нём должна отображаться текущая частота, с точностью до 0,1 Гц, и он должен иметь плавную регулировку выходного напряжения. У нас есть ГЗ-109.

В качестве этого блока можно использовать компьютер с программой для генератора звука и подключенный к нему любой бытовой УМЗЧ с положением тембров в «0».

Второй прибор – хороший тестер, для измерения низкоомных сопротивлений на постоянном токе. У нас есть ТЛ-4М.

Находим у себя, или покупаем набор точных резисторов. Ряд сопротивлений от 2,9 до 100 Ом в логарифмическом масштабе.

У нас нашлись такие: марки УЛИ-1, 1%, измеренное сопротивление 3,018; С2-23, 5% измеренное 7,345 Ом; С2-23, 5%, измеренное 14,825 Ом; ПЭВ-25 измеренное 30,089 Ом; С2-23 измеренное 99,90 Ом. Резистор R2 10 Ом любой марки, на мощность выше 0,25 Вт.

Динамик 8ГД-1 имеет номинальное сопротивление 8 Ом. Измеряем тестером (ТЛ-4М) точное сопротивление из нашего набора, наиболее близкое к этому значению, это 7,345 Ом. Это будет наше калибровочное сопротивление Rк.

Для этого ставим тестер на предел «Омы» и подстройкой добиваемся такого же показания прибора на его шкале, т.е. 7,35 Ом. Т.е калибруем его по известному близкому заведомо точному сопротивлению. Так точность измерения будет выше. Подсоединяем динамик и снимаем отсчёт сопротивления ЗК динамика постоянному току. Получилось Re = 6,70 Ом.

Это нормально. Сопротивление постоянному току всех динамиков всегда ниже их номинального сопротивления переменному току.

Сопротивление R1 выбираем, как и указано на рисунке, в 200 раз больше сопротивления головки постоянному току Re:

200 х 6,70 = 1340 Ом

Находим резистор УЛИ-0,5 1,82 кОм, 1%.

1,82 кОм больше 1,340 кОм. Всё в порядке. Резистор подходит.

Измерения по этой методике проводится при постоянстве переменного тока через динамик. Для этого служит следующий узел – амперметр переменного тока. Показания измерительной головки V1 (вольтметра) снимаемые с резистора R2 пропорциональны току в динамике.

Этот ток будет в пределах десятков мА. В качестве V1 используем осциллограф С1-68. Он также даст возможность контролировать форму напряжения. Чтобы случайно не «залезть» в область ограничения сигнала при его повышении.

Также для этого годится любой вольтметр, который способен измерять милливольты – сотни милливольт.

С помощью регулятора уровня выходного напряжения блока генератора, поддерживаем этот ток неизменным.

Вольтметр V2 также должен точно измерять милливольты – сотни милливольт. Берём прибор В3-38.

Собираем установку. Впаиваем динамик, устанавливаем его на кусок толстой резины, «лицевой» стороной на край рабочего стола, клеммами вверх. Магнит подпираем немагнитной подставкой, через резиновую прокладку, и так, чтобы его ось была горизонтальной, и он был жёстко укреплён. Все остальные отражающие поверхности – подальше.

Включаем приборы, (на выходе подключен резистор Rк) прогреваем их 5 минут. Регулятор напряжения блока генератора устанавливаем на нулевое выходное напряжение, смотрим на V2 уровень наводок на измерительную установку. Их уровень должен быть меньше 1 мВ.

Делаем проверку пригодности динамика, подключив его вместо Rк. Для этого плавно меняем частоту от единиц Гц, до его верхней воспроизводимой частоты (по паспорту). Здесь это полоса от 17,7 Гц до 5 кГц, и смотрим за показаниями вольтметра V2.

Кривая изменения комплексного сопротивления НЧ динамика должна быть плавной, без резких дополнительных пиков и провалов. Она должна иметь вид чёрной кривой на рис 2. «Горб» основного резонанса в воздухе Fs* должен быть один и в одной точке. У нас получилось всё в порядке.

Кривая плавная.

Устанавливаем регулятором уровня напряжения генератора уровень напряжения на макушке «горба», примерно равный 70 мВ. Оставляем на генераторе частоту резонанса Fs*.

Идем далее. Включаем в измерительную установку (не выключая её) вместо динамика калибровочный резистор Rк. Измеряем на нём напряжение, оно составило 7,70  мВ. Записываем уровень напряжения (синусоиды) на осциллографе (вольтметре) V1 и далее регулятором поддерживаем его на постоянном уровнe!

Вычисляем напряжениеUе, эквивалентное соответствующему сопротивлению головки постоянному току. Для этого подставляем измеренные величины в формулу 1.

Подключаем вместо Rк динамик 8ГД-1. Приборы при этом не выключаем. Плавно повышаем частоту, начиная от нескольких Гц, снова находим максимум напряжения на частоте основного резонанса Fs*. Считываем показания V2 и записываем их как Us.

Находим слева и справа на крутых скатах «горба» точки F1 и F2, где напряжение U1 и U2 равно 0,7Us=49 мВ и записываем. Измерения проводим 5 раз. Полученные данные усредняем, и всё записываем в Таблицу 1.

Производим самопроверку. Для этого  в формулу 2 подставляем полученные средние значения

Полученное значение Fs*не отличается больше чем на 1 Гц от измеренного, значит, измерения точны, продолжаем дальше.

Подставляем полученные данные в формулы и  вычисляем механическую добротность обусловленную активными потерями Qa* затем электрическую (потери от торможения звуковой катушки при движении в магнитном поле зазора) Qe* и полную Qt*.

Для определения эквивалентного объёма Vas помещаем головку 8ГД-1 в измерительный ящик-фазоинвертор. Это не значит, что именно таким будет её оформление, просто так будут точнее измерения.

Ящик может иметь любой внутренний объём. Желательно, чтобы он сильно не отличался от паспортного значения эквивалентного объёма.

У нас есть под рукой герметичный крепкий корпус с внутренним объёмом 67 л, трубой ФИ и посадочным отверстием под 30ГД-2.

Оно совпадает с посадочными размерами 8ГД-1, только эту головку устанавливаем в него магнитом наружу, чтобы она не вытесняла известный внутренний объём.

Вновь включаем измерительную установку с динамиком 8ГД-1.

Плавно изменяя частоту генератора, находим измерительные точки FL, Fb, Fh, указанные на рисунке. Fb – это частота настройки фазоинвертора.

Должна получиться кривая, как на рисунке 3.

Заносим эти результаты в таблицу 2.

Находим резонансную частоту головки Fs с учётом присоединённой массы воздуха по формуле 5.

Таким образом, резонансная частота понизилась с 31,6 Гц до 27,1 Гц.

Рассчитываем  отношение эквивалентного объёма Vas к объёму измерительного ящика V по формуле 6.

Так как объём ящика известен, то находим эквивалентный объём этого экземпляра динамика 8ГД-1.

Уточняем значения добротности с учётом влияния присоединённой массы воздуха, при работе  головки в объёме любого оформления по формулам:

 Уточняем полную добротность. При работе с усилителем, имеющим практически нулевое выходное сопротивление, она составит:

Основные параметры Тиля – Смолла НЧ головки 8ГД-1 измерены. Для расчёта АС их вполне достаточно.

Перечислим их:

1.      Сопротивление постоянному току———————————–Re = 6,70 Ом;

2.      Резонансная частота головки:

в воздухе———————————————————–F*s=31,6 Гц;

с учётом присоединённой массы воздуха

при работе в оформлении————————————–Fs=27,1 Гц;

3.      Добротности (с учётом работы в оформлении):

Механическая—————————————————–Qa=4,08

Электрическая—————————————————-Qe=0,428

Полная————————————————————–Qt=0,387

4.      Эквивалентный объём————————————————–Vas=113 л.

Для принятия дальнейших решений нам ещё должны быть известны её (8ГД-1) такие паспортныё показатели:

чувствительность————————————————-90 Дб/Вт/м;

диапазон воспроизводимых частот—————————40 – 1000 Гц;

паспортная мощность——————————————–30 Вт;

Все расчёты сделаны по книге «Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками» Виноградова Э. Л, М. «Энергия» 1978 г.

Она есть в нашей библиотеке файлов на сайте.

В расчётах, для упрощения изложения материала, не указано измерение добротности корпуса и определение сопротивления динамика на разных частотах.

Мы это наверстаем в следующих частях.

Если у Вас есть вопросы по этой статье, тогда заходите с ними на наш форум!

9.12.2010                                                                                         P.S.V.

Замер параметров T/S динамика с помощью компа (AudioTester) — Community «Автозвук» on DRIVE2

Доброго времени суток, звуконутые драйвовчане!Пост для тех, кто самостоятельно строит звук в своем авто. Для того, чтобы сделать это грамотно и получить на выходе правильный звук, а не бубнеж, пердеж, гундеж – нужно знать параметры динамиков.Определить ключевые программы можно с помощью программы AudioTester, о чем и пойдет сегодня речь.

Zoom

Вот так выглядит программка AudioTester. Красной стрелкой помечена вкладка замера T/S параметров

С ее помощью можно определить:— резонансную частоту— все сопротивления (постоянному току, максимальное сопротивление, а также график зависимости сопротивления от частоты)— добротности Qms Qel и Qts— массу подвижки— жесткость подвеса— эквивалентный объемПодробности в видео:В видос не вошла информация о калибровке программы, поэтому опишу этот процесс тут:

Настройка программы и компа для измерений

1. Ставим уровень громкости микрофона на максимум и выключаем все улучшайзеры/эквалайзеры и повышение чувствительности2. Подключаем вместо динамика резистор сопоставимого с динамиком сопротивления (я подключал 5 Ом). Если есть, чем точно померить сопротивление резистора – это большой плюс.3. Запускаем программу, ставим диапазон частот 5-30Гц, количество точек измерения выставляем большИм 200+ (В видео есть подробный обзор настроек программы)4. Запускаем замер и увеличивая громкость, следим за графиком сопротивления. Там будет происходить следующее: сопротивление окажется постоянным до определенного уровня громкости. Там, где сопротивление поползло вверх — начинается клип сигнала, и для корректного замера нам нужно немного опустить громкость. Это сильно зависит от используемого компа: например на нетбуке, что присутствует на видео, корректная громкость для замеров только 30%. На домашнем компе и на 100% нет искажений. Другой ноут корректно работает на 70% громкости.

5. После того, как нашли корректный уровень громкости для замеров, выставляем диапазон 20-20000Гц и прогоняем резистор. Должна получиться прямая линия, и “высота” этой линии должна соответствовать номиналу резистора. Если немного не соответствует – немного изменяем значение подстроечного резистора в настройках программы.

именно здесь он меняется. Смотрим видео, там более подробно

Все! Можно мерить динамики:)

Программа дает повторяемый результат. Один и тот же динамик, замеренный на разных компах, имеет очень схожие показатели. Ни одна звуковуха не пострадала, хотя замерял даже двухомную двенаху.

Соответственно, можно замерить почти любой динамик, но низкоом с осторожностью и на меньшем уровне громкости.Кроме определения T/S параметров, можно смотреть график сопротивления динамика во всем диапазоне. Это важно для пищалок, если вы сами собираете кроссовер.

Можно довольно точно определить сопротивление пищалки на частоте раздела – а это мегаважно для точного попадания в частоту среза. Также, резонансная частота пищалок определяется очень легко.

Можно смотреть на работу уже готовых фильтров, если подключить их вместе с динамиком – очень наглядно видно, как и с каких частот они начинают работать.Еще в программе есть куча другого функционала, разобраться с которым у меня все никак не дойдут руки.

Программку можно скачать с официального сайта: www.audiotester.de

У меня все:)

Хорошего вам звука!

Измерение параметров Тиля-Смолла

   Как-то ко мне обратился приятель, который занимается изготовлением профессиональной акустики, с просьбой сделать измеритель параметров Тиля-Смолла для мощных НЧ головок. Другой товарищ интересуется, можно ли проверить с помощью этого приспособления полярные конденсаторы? Оказывается можно.

Характеристики Тиля-Смолла динамических головок мощностью до 35 Вт можно измерить с помощью звуковой карты без дополнительного усилителя. Однако при измерении параметров мощных профессиональных НЧ головок выходной мощности звуковой карты недостаточно, чтобы сдвинуть звуковую катушку головки с места.

Предлагается вариант буферного усилителя на дискретных элементах. Внешний вид устройства показан на рисунке.

   Источник питания усилителя выполнен на трансформаторе от переносных магнитофонов. Выходное напряжение трансформатора (10…13 В) выпрямляется диодным мостом и подается на плату усилителя. Искусственная незаземленная средняя точка образована конденсаторами фильтра С6–С9 и задается резисторами делителя R2R3. Как видно из рис.2, усилитель представляет собой типовую схему усилителя 19700х с токовой обратной связью. Коэффициент усиления по напряжению чуть больше 10 дБ (3 раза), К=1+R8/R6. Во входном каскаде использована коррекция Джона Линсли-Худа (С3, R4), а также коррекция на опережение C2, R5. Усилитель напряжения пробуферирован повторителем на транзисторе Q3. Выходной каскад с целью упрощения выполнен по квазикомплеменнтарной схеме с диодом Баксандалла и работает в классе «АВ». Вместо регулируемой схемы смещения на транзисторе (транзисторах) использован светодиод VD1 красного свечения типа АЛ307Б.     С выхода усилителя сигнал поступает через резистор R16 на измеряемый элемент (резистор, конденсатор, индуктивность, динамическая головка). Для ослабления сигнала до безопасного для звуковой карты уровня, а также для обеспечения как можно меньшего шунтирования нагрузки использован двухтактный буферный повторитель на транзисторах Q8–Q11, к выходу которого подключен делитель R21R22.

Работа измерителя параметров Тиля-Смолла

   Устройство работает следующим образом. Сигнал левого канала звуковой карты подается на вход усилителя и одновременно на контакты левого канала выходного гнезда типа мини-джек. Сигнал с выхода усилителя поступает на нагрузку через резистор R16, а с нагрузки – через буферный повторитель и делитель на контакты правого канала выходного гнезда.

Оба сигнала с выходного гнезда поступают на вход звуковой карты. Таким образом, сигнал левого канала, поступая на вход левого канала звуковой карты, используется как опорный. При калибровке программы Speaker Workshop используют два резистора, измеренных с высокой точностью, один сопротивлением 3…5 Ом, второй – 30…100 Ом.

Резистор R16 также участвует в калибровке, и перед установкой в плату должен быть также измерен с высокой точностью.

   Помимо характеристик Тиля-Смолла с помощью данного приспособления можно измерять не только низкоомные резисторы, индуктивности и неполярные конденсаторы до нескольких десятков микрофарад, но и электролитические конденсаторы. Погрешность измерения емкости с помощью предлагаемого устройства невелика. По крайней мере, наверняка можно оценить исправность конденсатора.

Конструкция и детали

   Конструкция усилителя разрабатывалась израсчета установки в стационарный компьютер. В качестве передней панели использована заглушка (см. фото в начале статьи). В ней вырезаны отверстия под входные и выходные разъемы типа мини-джек, которые приклеены к панели клеем. На ней же закреплены и выходные гнезда для нагрузки.

Для крепления печатных плат (усилителя и выпрямителя) использован кусок оргстекла. В качестве платы выпрямителя использован отрезок уже готовой платы. Связи между гнездами (с левого на левый канал), а также между платами распаяны навесным монтажом.

Используются любые маломощные транзисторы типа КТ209, КТ315, КТ361, КТ6116, КТ6117 и другие в корпусе ТОО92. Важно учитывать различия в их цоколёвке. В качестве выходных можно также использовать транзисторы типа КТ815 с любым буквенным индексом.

Рисунок печатной платы размерами 95х40 мм с проводниками на просвет (для лазерно-утюжной технологии) показан на рис.5, а расположение элементов на печатной плате – на рис.6.

    Все резисторы, кроме R16, мощностью 0,125 Вт, резистор R16 – 2 Вт. При напряжении питания 12…18 В теплоотводы для выходных транзисторов не требуются. В качестве звуковой карты можно использовать как встроенную звуковую карту компьютера, или ноутбука, так и выносную, подключаемую к USBB разъему. К сожалению, не во всех ноутбуках можно воспользоваться встроенной звуковой картой, как из-за её низкого качества, так и из-за того, что такие карты часто не имеют стереофонических входов для записи.
Понравилась схема – лайкни!

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ