Simula un altoparlante con un circuito rlc equivalente

Se stai lavorando con qualsiasi progetto relativo all'audio, il componente meno preoccupato è l'altoparlante, ma l'altoparlante è una parte essenziale di qualsiasi circuito relativo all'audio. Un buon altoparlante può ignorare i rumori e può fornire un output regolare, mentre un cattivo altoparlante può distruggere tutti i tuoi sforzi anche il resto del circuito è eccezionalmente buono.

Quindi, è importante selezionare un altoparlante appropriato poiché è quello che produce l'output finale per il pubblico finale. Ma, come tutti sappiamo, durante la realizzazione di un circuito, tutti i componenti non sono sempre prontamente disponibili ea volte non siamo riusciti a determinare quale sarà l'uscita se selezioniamo un altoparlante specifico o talvolta abbiamo un altoparlante ma non abbiamo la custodia. Quindi questa è una grande preoccupazione poiché l'uscita degli altoparlanti può essere completamente diversa in diversi tipi di ambienti acustici.

Quindi, come determinare quale sarà la risposta dell'oratore in una situazione diversa? Oppure, quale sarà la costruzione del circuito? Bene, questo articolo tratterà questo argomento. Capiremo come funziona l'altoparlante e costruiremo un modello equivalente di altoparlante RLC. Questo circuito servirà anche come ottimo strumento per simulare un altoparlante in alcune applicazioni specifiche.

Costruzione di un altoparlante

L'altoparlante agisce come un convertitore di energia, che converte l'energia elettrica in energia meccanica. Un altoparlante ha due livelli di costruzione, uno è meccanico e un altro è elettrico.

Nell'immagine sottostante possiamo vedere la sezione trasversale di un altoparlante.

Possiamo vedere un telaio o un supporto per altoparlanti che tiene i componenti all'interno e all'esterno. I componenti sono cappuccio antipolvere, bobina vocale, cono del diaframma, ragno dell'altoparlante, palo e magnete.

Il diaframma è l'elemento finale che vibra e spinge la vibrazione nell'aria e quindi cambia la pressione dell'aria. A causa della sua forma conica, il diaframma si chiamava cono del diaframma.

Il ragno è un componente importante responsabile del corretto movimento del diaframma dell'altoparlante. Assicura che quando il cono vibra, non toccherà il telaio dell'altoparlante.

Inoltre, il rivestimento, che è in gomma o materiale simile alla schiuma, fornisce il supporto aggiuntivo al cono. Il cono del diaframma è fissato con una bobina elettromagnetica. Questa bobina può muoversi liberamente in posizione su-giù all'interno del polo e del magnete permanente.

Questa bobina è la parte elettrica dell'altoparlante. Quando forniamo un'onda sinusoidale all'altoparlante, la bobina mobile cambia la polarità magnetica e si muove su e giù, il che di conseguenza crea vibrazioni nel cono. La vibrazione si trasferisce ulteriormente nell'aria tirando o spingendo l'aria e modificando la pressione dell'aria, creando così il suono.

Modellazione di un altoparlante nel circuito elettrico

L'altoparlante è il componente principale per tutti i circuiti dell'amplificatore audio, meccanicamente, un altoparlante funziona con molti componenti fisici. Se facciamo un elenco, i punti di considerazione saranno:

Conformità della sospensione - Questa è la proprietà di un materiale in cui il materiale subisce una deformazione elastica o subisce la variazione di volume quando è sottoposto a una forza applicata.
Resistenza alla sospensione - È il carico, il cono è rivolto mentre si sposta dalla sospensione. È anche noto come smorzamento meccanico.
Massa in movimento: è la massa totale della bobina, del cono, ecc.
Carico d'aria che sta spingendo attraverso il driver.

Questi quattro punti sopra provengono da fattori meccanici dell'altoparlante. Ci sono altri due fattori presenti elettricamente,

Induttanza della bobina.
Resistenza bobina.

Quindi, considerando tutti i punti, potremmo creare un modello fisico dell'altoparlante utilizzando pochi componenti elettronici o elettrici. Quelli sopra i 6 punti possono essere modellati utilizzando tre componenti passivi di base: resistori, induttori e condensatori che sono indicati come circuiti RLC.

Un circuito equivalente di base dell'altoparlante può essere realizzato utilizzando solo due componenti: resistenza e induttore. Il circuito sarà simile a questo-

Nell'immagine sopra, solo un singolo resistore R1 e un singolo induttore L1 sono collegati a una sorgente di segnale CA. Questo resistore R1 rappresenta la resistenza della bobina mobile e l'induttore L1 fornisce l'induttanza della bobina vocale. Questo è il modello più semplice utilizzato nella simulazione degli altoparlanti, ma certamente ha dei limiti, perché è solo un modello elettrico e non c'è spazio per determinare l'abilità dell'altoparlante e come reagirà nello scenario fisico reale in cui sono coinvolte parti meccaniche.

Circuito RLC equivalente per altoparlanti

Quindi abbiamo visto un modello base di altoparlante, ma per farlo funzionare correttamente, dobbiamo aggiungere parti meccaniche con componenti fisici reali in quel modello equivalente di altoparlante. Vediamo come possiamo farlo. Ma prima di capirlo, analizziamo quali componenti sono necessari e qual è lo scopo di essi.

Per la conformità alla sospensione, è possibile utilizzare un induttore, poiché la conformità alla sospensione ha una connessione diretta con il cambiamento certo nel flusso di corrente attraverso la bobina vocale.

Il parametro successivo è la resistenza alla sospensione. Poiché si tratta di un tipo di carico creato dalla sospensione, è possibile selezionare un resistore per questo scopo.

Possiamo selezionare un condensatore per la massa in movimento, che include bobine, la massa del cono. E inoltre possiamo selezionare nuovamente un condensatore per il carico d'aria che aumenta anche la massa del cono; è anche un parametro importante per creare il modello equivalente di altoparlante.

Quindi, abbiamo selezionato un induttore per la conformità della sospensione, un resistore per la resistenza della sospensione e due condensatori per il nostro carico d'aria e la massa mobile.

Ora, la prossima cosa importante è come collegare tutti questi per creare un modello elettrico equivalente di altoparlante. La resistenza (R1) e l'induttore (L1) sono in collegamento in serie che è primario e che è variabile utilizzando i fattori meccanici paralleli. Quindi, collegheremo quei componenti in parallelo con R1 e L1.

Il circuito finale sarà così-

Abbiamo aggiunto componenti in parallelo con R1 e L1. C1 e C2 indicheranno rispettivamente la massa in movimento e il carico d'aria, L2 fornirà la conformità della sospensione e R2 sarà la resistenza della sospensione.

Quindi, il circuito equivalente finale dell'altoparlante che utilizza RLC è mostrato di seguito. Questa immagine mostra un modello esatto equivalente dell'altoparlante che utilizza resistore, induttore e condensatore.

Dove, Rc - Resistenza bobina, Lc - Induttanza bobina, Cmems - Capacità massa mobile, Lsc - Induttanza di conformità della sospensione, Rsr - Resistenza alla sospensione e Cal - Capacità del carico d'aria.

Thiele / Small Parameters in Speaker Design

Ora abbiamo il modello equivalente, ma come calcolare il valore dei componenti. Per questo, abbiamo bisogno di Thiele piccoli parametri dell'altoparlante.

I piccoli parametri derivano dall'impedenza di ingresso dell'altoparlante quando l'impedenza di ingresso è uguale alla frequenza di risonanza e il comportamento meccanico dell'altoparlante è effettivamente lineare.

Thiele Parameters fornirà le seguenti cose:

Parametri	Descrizione	Unità
	Fattore Q totale	Senza unità
	Fattore Q meccanico	Senza unità
	Fattore Q elettrico	Senza unità
	Frequenza di risonanza	Hz
	La resistenza della sospensione	N. s / m
	Massa mobile totale	Kg
	Area conducente efficace	Mq
	Volume acustico equivalente	Cu.m
	Corsa lineare della bobina mobile	M
	Risposta in frequenza	Hz o kHz
	Spostamento del volume dell'unità driver	Cu.m
	La resistenza della bobina mobile	Ohm
	Induttanza della bobina	Henry o Mili Henry
	Fattore di forza	Tesla / metri
	Conformità della sospensione del conducente	Metri per Newton

Da questi parametri, possiamo creare un modello equivalente utilizzando semplici formule.

Il valore di Rc e Lc può essere selezionato direttamente dalla resistenza e dall'induttanza della bobina. Per altri parametri, possiamo usare le seguenti formule:

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

Se Rms non è dato, allora possiamo determinarlo dalla seguente equazione:

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

Costruzione di un circuito di altoparlanti equivalente a RLC con dati reali

Dopo aver appreso come determinare i valori equivalenti per i componenti, lavoriamo con alcuni dati reali e simuliamo l'altoparlante.

Abbiamo selezionato l' altoparlante 12S330 da BMS Speakers. Ecco il link per lo stesso.

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

Per il relatore i parametri di Thiele sono

Da questi parametri di Thiele, calcoleremo i valori equivalenti,

Quindi, abbiamo calcolato i valori di ciascun componente da utilizzare per il modello equivalente 12S330 . Facciamo il modello in Pspice.

Abbiamo fornito i valori a ciascun componente e abbiamo anche rinominato la sorgente del segnale in V1. Abbiamo creato un profilo di simulazione-

Abbiamo configurato lo sweep DC per ottenere l'analisi di alta frequenza da 5 Hz a 20000 Hz a 100 punti per decennio in scala logaritmica.

Successivamente, abbiamo collegato la sonda all'ingresso del nostro modello di altoparlante equivalente-

Abbiamo aggiunto la traccia di tensione e corrente su Rc, la resistenza della bobina mobile. Verificheremo l'impedenza su questo resistore. Per fare questo, come sappiamo, V = IR e se dividiamo il V + della sorgente AC con la corrente che scorre attraverso il resistore Rc, otterremo l'impedenza.

Quindi, abbiamo aggiunto una traccia con la formula V (V1: +) / I (Rc) .

E infine, otteniamo il grafico dell'impedenza del nostro modello di altoparlante equivalente di 12S330.

Possiamo vedere il grafico dell'impedenza e come cambia l'impedenza degli altoparlanti a seconda della frequenza-

Possiamo modificare i valori secondo le nostre necessità e ora possiamo utilizzare questo modello per replicare il 12S330 Speaker effettivo .