Simuleer een luidspreker met een gelijkwaardig RLC-circuit

Als u met een audiogerelateerd project werkt, is de luidspreker het minst betrokken onderdeel, maar de luidspreker is een essentieel onderdeel van elk audiogerelateerd circuit. Een goede luidspreker kan de geluiden opheffen en kan zorgen voor een vloeiende output, terwijl een slechte luidspreker al je inspanningen kan vernietigen, zelfs de rest van het circuit is uitzonderlijk goed.

Het is dus belangrijk om de juiste luidspreker te selecteren, aangezien deze de uiteindelijke uitvoer produceert voor het eindpubliek. Maar, zoals we allemaal weten, zijn tijdens het maken van een circuit niet alle componenten direct beschikbaar en soms konden we niet bepalen wat de output zal zijn als we een specifieke luidspreker selecteren of soms hebben we een luidspreker maar hebben we geen behuizing. Dit is dus een grote zorg, aangezien de luidsprekeruitvoer in verschillende soorten akoestische omgevingen totaal verschillend kan zijn.

Dus, hoe te bepalen wat de spreker zal reageren in een andere situatie? Of, wat wordt de circuitconstructie? Welnu, dit artikel zal dit onderwerp behandelen. We zullen begrijpen hoe de luidspreker werkt en zullen een RLC-equivalent model van de luidspreker construeren. Dit circuit zal ook dienen als een goed hulpmiddel om luidsprekers in bepaalde specifieke toepassingen te simuleren.

Bouw van een luidspreker

Luidspreker fungeert als een energieomvormer, die elektrische energie omzet in mechanische energie. Een luidspreker heeft twee constructieniveaus, de ene is mechanisch en de andere is de elektrische.

In de onderstaande afbeelding kunnen we de doorsnede van een luidspreker zien.

We kunnen een luidsprekerframe of -montage zien die de componenten aan de binnen- en buitenkant vasthoudt. De componenten zijn stofkap, spreekspoel, diafragmakegel, luidsprekerspin, paal en magneet.

Het diafragma is het uiteinde dat trilt en de trilling naar de lucht duwt en zo de luchtdruk verandert. Door de kegelvorm, Membraan genoemd membraan Cone.

De spin is een belangrijk onderdeel dat verantwoordelijk is voor de goede beweging van het luidsprekermembraan. Het zorgt ervoor dat wanneer de kegel trilt, deze het luidsprekerframe niet raakt.

Ook biedt de rand, die van rubber of schuimachtig materiaal is, de extra ondersteuning aan de kegel. De diafragmakegel is bevestigd met een elektromagnetische spoel. Deze spoel kan vrij omhoog en omlaag bewegen in de paal en de permanente magneet.

Deze spoel is het elektrische gedeelte van de luidspreker. Wanneer we een sinusvormige golf aan de luidspreker leveren, verandert de spreekspoel de magnetische polariteit en beweegt op en neer, wat resulteert in trillingen in de kegel. De trilling wordt verder overgebracht naar de lucht door aan de lucht te trekken of te duwen en veranderingen in de luchtdruk aan te brengen, waardoor geluid ontstaat.

Een luidspreker modelleren in het elektrische circuit

Luidspreker is het belangrijkste onderdeel voor alle audioversterkercircuits, mechanisch gezien werkt een luidspreker met veel fysieke componenten. Als we een lijst maken, worden de afwegingen

Ophangingsconformiteit - Dit is de eigenschap van een materiaal waarin het materiaal onder elastische vervorming gaat of de volumeverandering ervaart wanneer het wordt onderworpen aan een uitgeoefende kracht.
Ophangingsweerstand - Het is de lading waarmee de kegel wordt geconfronteerd tijdens het verplaatsen van de ophanging. Het is ook bekend als mechanische demping.
Bewegende massa - Het is de totale massa van de spoel, kegel enz.
Lading van de lucht die door de bestuurder dringt.

Deze bovenstaande vier punten zijn van mechanische factoren van de luidspreker. Elektrisch zijn er nog twee factoren aanwezig,

Spoelinductie.
Spoelweerstand.

Dus door alle punten in overweging te nemen, zouden we een fysiek model van de luidspreker kunnen maken met weinig elektronica of elektrische componenten. Die boven de 6 punten kunnen worden gemodelleerd met behulp van drie passieve basiscomponenten: weerstanden, inductoren en condensatoren die worden aangeduid als RLC-circuit.

Een basisequivalent circuit van de luidspreker kan worden gemaakt door slechts twee componenten te gebruiken: weerstand en inductor. Het circuit ziet er als volgt uit:

In de bovenstaande afbeelding is slechts een enkele weerstand R1 en een enkele inductor L1 verbonden met een AC-signaalbron. Deze weerstand R1 vertegenwoordigt de weerstand van de spreekspoel en de inductor L1 levert de inductantie van de spreekspoel. Dit is het eenvoudigste model dat wordt gebruikt in luidsprekersimulatie, maar het heeft zeker een beperking, omdat het slechts een elektrisch model is en er geen ruimte is om het vermogen van de luidspreker te bepalen en hoe het zal reageren in een fysiek scenario waarbij mechanische onderdelen betrokken zijn.

Luidspreker-equivalent RLC-circuit

We hebben dus een basismodel van de luidspreker gezien, maar om het goed te laten werken, moeten we mechanische onderdelen met feitelijke fysieke componenten toevoegen in dat luidspreker-equivalente model. Laten we eens kijken hoe we het kunnen doen. Maar laten we, voordat we dit begrijpen, analyseren welke componenten nodig zijn en wat het doel ervan is.

Voor Suspension Compliance kan een inductor worden gebruikt, omdat de Suspension Compliance een directe verbinding heeft met de bepaalde verandering in de stroom door de spreekspoel.

De volgende parameter is de ophangweerstand. Omdat het een type belasting is dat wordt gecreëerd door de ophanging, kan hiervoor een weerstand worden geselecteerd.

We kunnen een condensator selecteren voor de bewegende massa, inclusief spoelen, de massa van de kegel. En verder kunnen we weer een condensator selecteren voor de luchtbelasting die ook de massa van de kegel vergroot; het is ook een belangrijke parameter voor het creëren van het luidspreker-equivalentmodel.

Daarom hebben we een inductor geselecteerd voor de opschortingsnaleving, een weerstand voor ophangingsweerstand en twee condensatoren voor onze luchtbelasting en bewegende massa.

Nu is het volgende belangrijke punt hoe u deze allemaal kunt aansluiten om een elektrisch equivalent luidsprekermodel te maken. De weerstand (R1) en de inductor (L1) zijn in serie geschakeld, wat primair is en die variabel is met behulp van de parallelle mechanische factoren. We zullen die componenten dus parallel verbinden met de R1 en L1.

Het laatste circuit zal er zo uitzien:

We hebben componenten toegevoegd in parallelle verbinding met de R1 en L1. C1 en C2 geven respectievelijk de bewegende massa en luchtbelasting aan, L2 zorgt voor conformiteit van de ophanging en R2 is de weerstand van de ophanging.

Dus het laatste equivalente circuit van de luidspreker die RLC gebruikt, wordt hieronder weergegeven. Deze afbeelding toont een exact equivalent model van de luidspreker met behulp van weerstand, inductor en condensator.

Waar, Rc - Spoelweerstand, Lc - Spoelinductantie, Cmems - Bewegende massacapaciteit, Lsc - Inductantie van ophangingsnaleving, Rsr - Opschortingsweerstand en Cal - Capaciteit van de luchtbelasting.

Thiele / Kleine parameters in luidsprekerontwerp

Nu hebben we het equivalente model, maar hoe de waarde van de componenten te berekenen. Hiervoor hebben we Thiele kleine Parameters van de luidspreker nodig.

De kleine parameters zijn afgeleid van de ingangsimpedantie van de luidspreker wanneer de ingangsimpedantie hetzelfde is als de resonantiefrequentie en het mechanische gedrag van de luidspreker effectief lineair is.

Thiele Parameters biedt de volgende zaken:

Parameters	Omschrijving	Eenheid
	Totale Q-factor	Eenheidloos
	Mechanische Q-factor	Eenheidloos
	Elektrische Q-factor	Eenheidloos
	Resonante frequentie	Hz
	De weerstand van de schorsing	N. s / m
	Totale bewegende massa	Kg
	Effectief bestuurdersgebied	Sq.m
	Equivalent akoestisch volume	Cu.m
	Lineaire beweging van spreekspoel	M.
	Frequentierespons	Hz of kHz
	Verplaatsing van het volume van de drivereenheid	Cu.m
	De weerstand van de spreekspoel	Ohm
	Spoelinductie	Henry of Mili Henry
	Krachtfactor	Tesla / meter
	Naleving van bestuurdersophanging	Meters per Newton

Op basis van deze parameters kunnen we een equivalent model maken met behulp van eenvoudige formules.

De waarde van Rc en Lc kan direct worden geselecteerd uit spoelweerstand en inductantie. Voor andere parameters kunnen we de volgende formules gebruiken -

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

Als de Rms niet wordt gegeven, kunnen we deze bepalen uit de volgende vergelijking:

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

RLC-equivalent luidsprekercircuit bouwen met echte gegevens

Nu we hebben geleerd hoe we de equivalente waarden voor de componenten kunnen bepalen, laten we met enkele echte gegevens werken en de luidspreker simuleren.

We hebben een 12S330- luidspreker geselecteerd uit BMS Speakers. Hier is de link voor hetzelfde.

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

Voor de luidspreker van de Thiele parameters zijn

Uit deze Thiele-parameters zullen we de equivalente waarden berekenen,

We hebben dus de waarden berekend van elk onderdeel dat moet worden gebruikt voor een 12S330- equivalent model. Laten we het model maken in Pspice.

We hebben de waarden aan elke component verstrekt en ook de signaalbron hernoemd naar V1. We hebben een simulatieprofiel gemaakt

We hebben de DC-sweep geconfigureerd om de grote frequentieanalyse te krijgen van 5 Hz tot 20.000 Hz op 100 punten per decennium op logaritmische schaal.

Vervolgens hebben we de sonde aangesloten op onze equivalente luidsprekermodel-ingang-

We hebben een spannings- en stroomtracering toegevoegd over Rc, de weerstand van de spreekspoel. We zullen de impedantie over deze weerstand controleren. Om dit te doen, zoals we weten, V = IR en als we de V + van AC-bron delen met de stroom die door de weerstand Rc vloeit, krijgen we de impedantie.

Dus hebben we een trace toegevoegd met de formule V (V1: +) / I (Rc) .

En tot slot krijgen we de impedantie-plot van ons equivalente luidsprekermodel van 12S330.

We kunnen de impedantie-grafiek zien en zien hoe de luidsprekerimpedantie verandert afhankelijk van de frequentie.

We kunnen de waarden naar behoefte wijzigen en we kunnen dit model nu gebruiken om de werkelijke 12S330- luidspreker te repliceren .