Измерение параметров Тиля-Смолла для Kasun dl-800

миниатюра поста

Приобрел на алиэкспресс динамик Kasun DL-800 примерно год назад. Стоил он тогда 4200р. Вот такие параметры были указаны в магазине:

  • резонансная частота 31 Hz
  • чувствительность 92 dB
  • сопротивление 6 Ohm
  • мощность 200 W
  • полная добротность 0,41

Список параметров неполный, не указан эквивалентный объем Vas, а без него нельзя рассчитать корпус. Нужно найти параметры Тиля-Смолла для этого динамика. Сделать это можно как с помощью программ так и вручную. Сначала рассмотрим ручной способ. Для него нам понадобиться генератор звуковых частот, усилитель мощности, резисторы 1кОм и 10 Ом, а также вольтметр переменного напряжения. В качестве генератора можно использовать звуковую карту компьютера и программу генератор частот. Собираем все это по такой схеме:

схема для измерения параметров Тиля-Смолла

В качестве генератора можно использовать любую программу или даже воспользоваться онлайн генератором ниже:

Частота:
Громкость:
Форма сигнала:

Генератор должен обеспечивать сигнал достаточной мощности. Мощности моей звуковой карты не хватило, поэтому я подключил схему к усилителю мощности. Теперь подключаем вместо динамика резистор 10 Ом, включаем генератор на частоте 40-60 Герц и устанавливаем уровень выходного сигнала таким, чтобы показания вольтметра соответствовали выбранному сопротивлению резистора. Я выбрал резистор на 9,5 Ом, и установил сигнал таким, чтобы вольтметр показывал 9.5 мВ.

В этой инструкции сказано что сигнал генератора должен быть близким к нулю герц. У меня на слишком низких частотах показания вольтметра были сильно занижены. Значит либо у меня плохая звуковая карта, либо вольтметр anenq q1 врет. Начиная примерно от 40 герц показания были более менее одинаковые с дальнейшим ростом частоты. Поэтому для калибровки вольтметра я выбрал именно эту частоту генератора.

После того как установили уровень выходного сигнала менять его нельзя до окончания измерений. Теперь измеряем омметром сопротивление динамика постоянному току и подключаем динамик вместо резистора. Динамик при этом нужно подвесить в свободном пространстве, я подвесил к потолку.

динамик подвешен к потолку

Включаем генератор на частоте 10 Герц, меняя частоту генератора, записываем показания вольтметра для каждой частоты, примерно до 80 Герц. Показания вольтметра будут примерно соответствовать сопротивлению динамика для конкретной частоты. Можно эти показания записывать в электронную таблицу, чтобы потом построить график, но это не обязательно, можно и на листочек записать. Я записывал показания в таблицу и получил такой график:

график ручное измерение

Теперь нужно найти резонанс динамика с закрепленным на диффузоре грузом известной массы. Масса груза должна быть примерно 5-10грамм на каждый дюйм диаметра. Я взял половину (4 кусочка) пластилина из коробки массой 140 грамм, слепил из них кольцо, взвесил его на весах, получилось ровно 70 грамм. Так что если нет весов можно ориентироваться на массу указанную на коробке. Кольцо из пластилина аккуратно закрепляем на диффузоре:

крепим груз на диффузор

Включаем генератор и плавно меняя частоту находим такую, на которой показания вольтметра будут максимальными. Это и будет резонансная частота с грузом. Запишем ее как \(F'_{s}\). Она должна быть на 20-50% меньше частоты без груза. У меня получилось 23 Герца. Почти вдвое меньше, значит груз можно было брать и поменьше.

Из записанных данных найдем максимальное значение сопротивления \(R_{max}\) и соответствующую ему частоту основного резонанса \(F_{s}\), а также вспомним измеренное ранее сопротивление катушки динамика постоянному току \(R_{e}\). У меня получились такие значения:

  • \(R_{max}\) = 39,4 Ом
  • \(F_{s}\) = 44 Гц
  • \(R_{e}\) = 6,4 Ом

Найдем \(R_{0}\) - отношение сопротивления на резонансной частоте к активному сопротивлению :

\(R_{0} = \frac{R_{max}}{R_{e}} = \frac{39,4}{6,4}\) = 6,15

Находим дополнительное сопротивление \(R_{x}\):

\(R_{x} = \sqrt{Rmax \times Re} = \sqrt{39,4 \times 6,4}\) = 15,88 Ом

Теперь нужно найти две дополнительные частоты \(F_{1}\) и \(F_{2}\), на которых сопротивление равно \(R_{x}\). Одна из этих частот будет ниже основного резонанса, а вторая выше. Удобно при этом воспользоваться графиком, приложив у нему линейку. У меня это частоты \(F_{1}\) = 29 Гц и \(F_{2}\) = 65 Гц.

Рассчитаем механическую(\(Q_{ms})\) электрическую(\(Q_{es})\), и полную(\(Q_{ts})\) добротности:

\(Q_{ms} = \frac{F_{s} \times \sqrt{R_{0}}}{F_{2} - F_{1}} = \frac{44 \times \sqrt{6,15}}{65 - 29} = 3,03\)

\(Q_{es} = \frac{Q_{ms}}{R_{0} - 1} = \frac{3,03}{6,15 - 1} = 0.59\)

\(Q_{ts} = \frac{Q_{ms}}{R0} = \frac{3,03}{6,15} = 0,49 \)

Найдем относительную жесткость подвеса:

\( C_{ms} = \left [ \frac{1}{(2\pi )^{2}M} \right ] \times \left [ \frac{(F_{s} + F'_{s}) \times (F_{s} - F'_{s})} {(F_{s} \times F'_{s})^{2}} \right ] \)

\( C_{ms} = \left [ \frac{1}{(6,28 )^{2}\times0,07} \right ] \times \left [ \frac{(44 + 23) \times (44 - 23)} {(44 \times 23)^{2}} \right ] = 0,000496 \)м/Н

Обратите внимание что масса в формулу подставляется в килограммах. Перед тем как рассчитаем эквивалентный объем нужно найти площадь диффузора:

\(S_{d} = \pi \times R^2 = 3.14 \times 0.083^2 = 0,0216 m^2\)

где R - радиус диффузора - расстояние от центра одного края подвеса до другого деленное на 2. Радиус берем в метрах, площадь получается в метрах квадратных.

Осталось найти эквивалентный объем \(V_{as}\), то есть такой объем воздуха, упругость которого равна упругости колебательной системы динамика:

\(V_{as} = \rho \times c^2 \times (S_{d})^2 \times C_{ms} = 1,184 \times 346^2 \times 0,0216^2 \times 0,000496 = 0,0328 m^3\)

Где \( \rho \) - плотность воздуха равная 1,184 кг/м³, c — скорость звука (346 м/с). Для перевода кубометров в литры делим результат на 1000 и получаем объем 32,8 литра.

Для выбора типа акустического оформления найдем соотношение \(F_{s} / Q_{ts}\). Если это соотношение меньше 50, то выбираем закрытый ящик, а если больше 100 то фазоинвертор. Для моего динамика \(F_{s} / Q_{ts} = 44 / 0,49 = 89,8\), то есть ему скорее подойдет оформление фазоинверторного типа.

Для расчета на повышенной мощности я повторил процесс, но вместо резистора на 1кОм взял резистор млт-2 на 10 Ом мощностью 2Вт. Сразу измерил резонанс с грузом пока он был закреплен, получилось 20 герц. Потом убрал груз, вместо динамика подключил резистор на 9,5 Ом и установил уровень выходного сигнала таким, чтобы вольтметр показывал 950мВ. Чтобы получить сопротивление показания вольтметра в милливольтах делил на 100. При измерении на повышенной мощности снизились все добротности, резонанс снизился до 39 Герц, увеличилась жесткость подвеса, а эквивалентный объем увеличился до 44 литров. Соотношение \(F_{s} / Q_{ts}\) увеличилось до 111, что однозначно определяет выбор фазоинверторного оформления.

Для подтверждения расчетов проведем измерения параметров Тиля-Смолла с помощью программы Limp. Скачать ее можно с официального сайта www.artalabs.hr/download.htm Программа работает во всех версиях Windows, и даже в Linux через wine. Бесплатная версия программы имеет ограничение на сохранение результатов, но есть возможность экспортировать результаты в csv файл.

Скачиваем и устанавливаем пакет Arta Software. Сначала проведем измерения на малом сигнале, без усилителя. Собираем следующую измерительную схему:

limp схема измерения без усилителя

Резистор можно взять любой в диапазоне 20-100 Ом. Его номинал нужно измерить. Измеряемый динамик к схеме пока не подключаем. Запускаем Limp, жмем кнопку Continue in Demo mode. Идем в меню Edit->B/W background color, график станет светлым. Затем нажимаем в меню Setup->Audio devices. Здесь можно выбрать нужную звуковую карту, входные и выходные каналы. У меня встроенная звуковая карта с одним входом и выходом, поэтому я оставил все как есть, в том числе и разрядность 24-bit.

limp выбор звуковой карты

Теперь подключаем нашу схему к звуковой карте, динамик пока не подключаем. Нажимаем в верхнем меню кнопку "CAL". Откроется окно калибровки. Не забудьте проверить, что динамик отключен. Жмем Generate. Если ничего не услышали выставляем в настройках громкости уровень выхода 100% или 0 dB, уровень входа нужно отрегулировать так, чтобы индикаторы уровней оставались зелеными. У меня этот уровень входа отмечен на шкале как "База" с уровнем сигнала -63 dB.

уровень выхода уровень входа limp generate

Теперь во втором столбике ставим Number of averages 3-5 и нажимаем Calibrate. Через несколько секунд в третьем столбике появится результат калибровки.

limp калибровка завершена

Вновь нажимаем Generate и подключаем на место динамика резистор, но можно и динамик подключить, просто он будет шуметь. Смотрим в каком канале уровень сигнала остался прежним, этот канал и будет опорным. У меня это Левый канал.

определяем опорный канал

Далее жмем ok и открываем в меню Setup->Measurement, здесь нужно указать Reference channel(опорный канал), который определили ранее и номинал выбранного резистора. Еще можно выбрать диапазон частот в котором проводятся измерения, а также частоту дискретизации. Так как я меряю низкочастотный динамик, то указал диапазон частот 10-80Hz. Частоту дискретизации поставл 44100, так как эта частота по умолчанию стоит в Audacity и в Smplayer в свойствах на любом файле. По умолчанию там стояла частота 48000.

limp настройка измерений

Теперь идем в Setup->Graph и устанавливаем размерность графика, сопротивление пока оставим 50 Ohm, частоты 10-80Hz. Параметры отображения графика можно изменить и позже.

настройка отображения графика

Теперь все готово для измерения. В генераторе выбираем тип сигнала Stepped Sine и запускаем процесс измерения импеданса, нажав на красный треугольник. Когда измерения закончатся у вас будет такой график:

график импеданса в limp

Переходим в меню Analyze->Loudspeaker parameters - added mass method. Вводим здесь Voice coil resistance - сопротивление звуковой катушки динамика и Membrane diameter - диаметр диффузора. Жмем Calculate parameters и получаем неполный список параметров, о чем говорит сообщение "Load overlay data, to calculate all parameters". Жмем ok, идем в меню Overlay->Set as overlay curve. Теперь крепим груз известной массы к диффузору и опять жмем красную кнопку для запуска измерения. Должна получится вторая кривая с меньшим резонансом:

результат измерения с грузом

Переходим в меню Analyze->Loudspeaker parameters - added mass method указываем массу использованного груза и опять жмем кнопку Calculate parameters. Получаем полный список параметров Тиля-Смолла.

limp расчет параметров завершен

Теперь проведем измерения на повышенной мощности, для этого в схему нужно добавить усилитель мощности и делители напряжения для каждого из входов.

limp схема измерения с усилителем мощности

На схеме не показан общий провод выходного и входного каналов, а также общий провод усилителя. Я все их соединил вместе. Правда такой вариант не работал с цифровым усилителем класса D, у которого срабатывала защита если соединить общий провод выхода и входа. Поэтому я применил усилитель на TDA2050, который запитал от БП ноутбука.

Параллельно резисторам на 430 Ом желательно поставить стабилитроны на напряжение 2,7В или хотя бы цепочки из диодов для защиты входов звуковой карты от возможного превышения напряжения. Стабилитроны или диоды соединяются вот так:

защита входа звуковой карты

Нужно установить уровень выходного сигнала таким, чтобы мощность на динамике была близка к максимальной, но так чтобы на низких частотах катушка не билась об керн. Иными словами не должно быть никаких посторонних звуков, динамик должен работать практически бесшумно на частотах ниже резонансной.

После подключения схемы повторяем процесс калибровки, определяем опорный канал. Если схема собрана правильно опорным будет левый канал. Загляните в Setup->Measurement и проверте еще раз правильно ли указан опорный канал и номинал опорного резистора. Если все верно запускаем процесс измерения. Затем заходим в Analyze->Loudspeaker parameters - added mass method и проверяем значения сопротивления катушки и диаметр диффузора, жмем Calculate parameters, выбираем в меню Overlay->Set as overlay curve, крепим груз на диффузор и повторяем измерения. На этот раз груз нужно крепить получше, так как мощность большая и он может просто оторваться. У меня получился такой график:

limp график измерения на повышенной мощности

Теперь идем в Analyze->Loudspeaker parameters - added mass method указываем там массу груза и жмем кнопку Calculate parameters. Мы получили параметры Тиля-Смолла на повышенной мощности. Для сравнения приведу параметры измеренные без усилителя(слева) и параметры измеренные на мощности близкой к рабочей(справа).

limp сравнение параметров измерений с усилителем и без

Как и в ручном режиме измерений, видим что с увеличением мощности, подаваемой на динамик, уменьшились все добротности и резонансная частота, жесткость подвеса увеличилась, а эквивалентный объем вырос на 11 литров. Какие же из расчетов принять при расчете корпуса? Я думаю что именно измерения на мощности нужно брать в расчет, поэтому буду делать ящик с фазоинвертором на 42 литра.

Что касается параметров указанных в магазине алиэкспресс для Kasun Dl-800: резонансная частота в магазине указана 31 Герц, а реальная 38 Герц. Занижено на как минимум на 7 Герц, а ведь именно из-за резонансной частоты я его и взял, хотел сабвуфер сделать.

Дата публикацииMon, 06 Dec 2021 16:06:21 GMT Просмотры123
Реклама
Похожие материалы