Как измерить резонансную частоту динамика

18

Измерение параметров Тиля-Смолла в домашних условиях

Большинство параметров для изготовления акустического оформления может быть измерено или рассчитано в домашних условиях с помощью не особо сложных измерительных приборов и компьютера или калькулятора, умеющего извлекать корни и возводить в степень. Автор этого «труда» не претендует на особые знания в области теории, а все тут изложенное является компиляцией из различных источников — как иностранных, так и российских.

Самыми основными параметрами, по которым можно рассчитать и изготовить акустическое оформление (проще говоря — ящик) являются:

• Резонансная частота динамика Fs (Герц)
• Эквивалентный объем Vas (литров или кубических футов)
• Полная добротность Qts
• Сопротивление постоянному току Re (Ом)

Для более серьезного подхода понадобится еще знать:

• Механическую добротность Qms
• Электрическую добротность Qes
• Площадь диффузора Sd (м2) или его диаметр Dia (см)
• Чувствительность SPL (dB)
• Индуктивность Le (Генри)
• Импеданс Z (Ом)
• Пиковую мощность Pe (Ватт)
• Массу подвижной системы Mms (г)
• Относительную жесткость Cms (метров/ньютон)
• Механическое сопротивление Rms (кг/сек)
• Двигательную мощность BL

Измерение Re, Fs, Fc, Qes, Qms, Qts, Qtc, Vas, Cms, Sd.

Для проведения измерений этих параметров вам понадобится следующее оборудование: 1. Вольтметр
2. Генератор сигналов звуковой частоты
3. Частотомер
4. Мощный (не менее 5 ватт) резистор сопротивлением 1000 ом
5. Точный (+- 1%) резистор сопротивлением 10 ом
6. Провода, зажимы и прочая дребедень для соединения всего этого в единую схему.

Конечно, в этом списке возможны изменения. Например, большинство генераторов имеют собственную шкалу частоты и частотомер не является в таком случае необходимостью. Вместо генератора можно также использовать звуковую плату компьютера и соответствующее программное обеспечение, способное генерировать синусоидальные сигналы от 0 до 200Гц требуемой мощности.

Схема для измерений

Калибровка: Для начала необходимо откалибровать вольтметр. Для этого вместо динамика подсоединяется сопротивление 10 Ом и подбором напряжения, выдаваемого генератором, надо добиться напряжения 0.01 вольта. Если резистор другого номинала, то напряжение должно соответствовать 1/1000 номинала сопротивления в омах. Например для калибровочного сопротивления 4 ома напряжение должно быть 0.004 вольта. Запомните! После калибровки регулировать выходное напряжение генератора НЕЛЬЗЯ до окончания всех измерений.

Нахождение Re Теперь, подсоединив вместо калибровочного сопротивления динамик и выставив на генераторе частоту, близкую к 0 герц, мы можем определить его сопротивление постоянному току Re. Им будет являться показание вольтметра, умноженное на 1000. Впрочем, Re можно замерить и непосредственно омметром.

Нахождение Fs и Rmax Динамик при этом и всех последующих измерениях должен находиться в свободном пространстве. Резонансная частота динамика находится по пику его импеданса (Z-характеристике). Для ее нахождения плавно изменяйте частоту генератора и смотрите на показания вольтметра. Та частота, на которой напряжение на вольтметре будет максимальным (дальнейшее изменение частоты будет приводить к падению напряжения) и будет являться частотой основного резонанса для этого динамика. Для динамиков диаметром больше 16см эта частота должна лежать ниже 100Гц. Не забудьте записать не только частоту, но и показания вольтметра. Умноженные на 1000, они дадут сопротивление динамика на резонансной частоте Rmax, необходимое для расчета других параметров.

Нахождение Qms, Qes и Qts Эти параметры находятся по следующим формулам:

Как видно, это последовательное нахождение дополнительных параметров Ro, Rx и измерение неизвестных нам ранее частот F₁ и F₂. Это частоты, при которых сопротивление динамика равно Rx. Поскольку Rx всегда меньше Rmax, то и частот будет две — одна несколько меньше Fs, а другая несколько больше. Вы можете проверить правильность своих измерений следующей формулой:

Если расчетный результат отличается от найденного ранее больше, чем на 1 герц, то нужно повторить все сначала и более аккуратно. Итак, мы нашли и рассчитали несколько основных параметров и можем на их основании делать некоторые выводы:
1. Если резонансная частота динамика выше 50Гц, то он имеет право претендовать на работу в лучшем случае как мидбас. О сабвуфере на таком динамике можно сразу забыть.
2. Если резонансная частота динамика выше 100Гц, то это вообще не низкочастотник. Можете использовать его для воспроизведения средних частот в трехполосных системах.
3. Если соотношение Fs/Qts у динамика составляет менее 50-ти, то этот динамик предназначен для работы исключительно в закрытых ящиках. Если больше 100 — исключительно для работы с фазоинвертором или в бандпассах. Если же значение находится в промежутке между 50 и 100, то тут нужно внимательно смотреть и на другие параметры — к какому типу акустического оформления динамик тяготеет. Лучше всего для этого использовать специальные компьютерные программы, способные смоделировать в графическом виде акустическую отдачу такого динамика в разном акустическом оформлении. Правда при этом не обойтись без других, не менее важных параметров — Vas, Sd, Cms и L.

Нахождение Sd Это так называемая эффективная излучающая поверхность диффузора. Для самых низких частот (в зоне поршневого действия) она совпадает с конструктивной и равна:

Радиусом R в данном случае будет являться половина расстояния от середины ширины резинового подвеса одной стороны до середины резинового подвеса противоположной. Это связано с тем, что половина ширины резинового подвеса также является излучающей поверхностью. Обратите внимание что единица измерения этой площади — квадратные метры. Соответственно и радиус нужно в нее подставлять в метрах.

Нахождение индуктивности катушки динамика L Для этого нужны результаты одного из отсчетов из самого первого теста. Понадобится импеданс (полное сопротивление) звуковой катушки на частоте около 1000Гц. Поскольку реактивная составляющая (XL) отстоит от активной Re на угол 900, то можно воспользоваться теоремой Пифагора:

Поскольку Z (импеданс катушки на определенной частоте) и Re (сопротивление катушки по постоянному току) известны, то формула преобразуется к:

Найдя реактивное сопротивление XL на частоте F можно рассчитаь и саму индуктивность по формуле:

Измерения Vas Есть несколько способов измерения эквивалентного объема, но в домашних условиях проще использовать два: метод «добавочной массы» и метод «добавочного объема». Первый из них требует из материалов несколько грузиков известного веса. Можно использовать набор грузиков от аптечных весов или воспользоваться старыми медными монетками 1,2,3 и 5 копеек, поскольку вес такой монетки в граммах соответствует номиналу. Второй метод требует наличия герметичного ящика заранее известного объема с соответствующим отверстием под динамик.

Нахождение Vas методом добавочной массы Для начала нужно равномерно нагрузить диффузор грузиками и вновь измерить его резонансную частоту, записав ее как F’s. Она должна быть ниже, чем Fs. Лучше если новая резонансная частота будет меньше на 30%-50%. Масса грузиков берется приблизительно 10 граммов на каждый дюйм диаметра диффузора. Т.е. для 12″ головки нужен груз массой около 120 граммов. Затем необходимо рассчитать Cms на основе полученных результатов по формуле:

где М — масса добавленных грузиков в килограммах. Исходя из полученных результатов Vas(м3) рассчитывается по формуле:

Нахождение Vas методом добавочного объема Нужно герметично закрепить динамик в измерительном ящике. Лучше всего это сделать магнитом наружу, поскольку динамику все равно, с какой стороны у него объем, а вам будет проще подключать провода. Да и лишних отверстий при этом меньше. Объем ящика обозначен как Vb. Затем нужно произвести измерения Fс (резонансной частоты динамика в закрытом ящике) и, соответственно, вычислить Qmc,Qec и Qtc. Методика измерения полностью аналогична описанной выше. Затем находится эквивалентный объем по формуле:

Практически с теми же результатами можно использовать и более простую формулу:

Полученных в результате всех этих измерений данных достаточно для дальнейшего расчета акустического оформления низкочастотного звена достаточно высокого класса. А вот как оно рассчитывается — это уже совсем другая история.

Учтите, что приведенная выше методика действенна только для измерения параметров динамиков с резонансными частотами ниже 100Гц, на более высоких частотах погрешность возрастает.

none Опубликована: 2004 г. 0 0
Вознаградить Я собрал 0 0

Как измерить резонансную частоту динамика

Измерение параметров Тиля — Смола программой AudioTester

Автор: Карев Михаил
Опубликовано 28.05.2013
Создано при помощи КотоРед.

Здравствуйте, уважаемые господа и товарищи! На Ваш суд предлагаю простейший вариант определения параметров Тиля-Смолла (параметры Т-С) НЧ динамика с использованием простейшей «коробочки», т.е. схемы подключаемой к звуковой карте компьютера и программы AudioTester, которая проста в использовании и максимально русифицирована. Эта статейка предназначена в первую очередь новичкам в «сабвуферостроении», к которым относится и моя скромная персона.
Поэтому хочу услышать мнение знатоков и экспертов о практической пользе данного метода и заранее прошу прощения за «косяки» и «ляпы».

Для измерения параметров динамика нужен минимум проводов и радиодеталей.

Полученные в результате измерений параметры Т-С позволят рассчитать размеры корпуса самодельной акустической системы в любой специализированной программе (JBL SpeakerShop, BassBox 6 Pro и пр.).

История замысла или немного о себе.

Я живу в сельской местности. Все люблю делать своими руками: ремонт дома, дворовый постройки, тротуарная плитка и т.п. Семейный бюджет весьма скромный (по городским меркам) , поэтому я не могу себе позволить купить «супер-пупер-мега HiFi» за несколько тысяч долларов и лежа на диване слушать музыку , наслаждаясь собственной «крутостью» в окружении «брендовой» аудиотехники.

Со старых времен накопилась куча динамиков и радиодеталей, что-то было закуплено и лежало «мертвым грузом». Вот и возникла мысль самому собрать акустические системы «для дома, для семьи» с минимальным бюджетом.

Побродив по Интернету, почитав советы знатоков и экспертов, пришел к очевидному выводу, что для расчета конструкции домашней акустической системы нужно знать параметры Тиля-Смолла для конкретного динамика. Как новичок, для начала решил использовать для расчетов программу AudioTester.

Вид акустического оформления и размеры корпуса АС определяются параметрами конкретной низкочастотной головки (параметры Тиля-Смолла).

Исходными данными являются следующие параметры:

резонансная частота Fs;

полная добротность Qts;

эквивалентный объем головки Vas.

Общеизвестно, что для определения параметра Vas существуют два метода:

1. Метод эквивалентного объема. Изготавливается закрытый герметичный ящик известного объема. В передней панели ящика вырезается круглое отверстие под размер диффузора динамика. Динамик плотно устанавливается на «дырку» сверху, герметизируется и измеряется.

Достоинство: Параметр Vas измеряется с высокой точностью.

Недостатки: Большая трудоемкость. Для конкретного динамика требуется ящик, размеры которого зависят от диаметра диффузора. Например, при диаметре 10 см – примерно 6-10 литров, а для 20 сантиметров – уже 15-20 литров. Приходится изготавливать несколько сменных передних панелей с круглыми отверстиями разного диаметра

2. Метод добавочной массы. Это когда динамик вначале измеряется на «свежем воздухе», а потом на его пылезащитный колпачок наклеивается груз массой 20-40 грамм из пластилина в виде «бублика» и его измеряем заново.

Достоинство: самый простой способ, не требуется эталонный ящик.

Недостатки: Параметр Vas измеряется с малой точностью.

Программа AudioTester позволяет измерить все 3 основных параметра Т-С и несколько дополнительных, причем Vas может быть измерен любым из двух предложенных методов.

Современные производители громкоговорителей (например Visaton) для своих динамиков указывают полный набор параметров Т-С.(рис 11. в Приложении).

А как быть с китайскими (например SENON) или с советскими низкочастотниками?

У них параметры Т-С или совсем отсутствуют, или могут отличаться от заявленных заводских характеристик (что актуально для старых советских или современных российских громкоговорителей).

Для средне или высокочастотных динамиков может понадобиться частота резонанса этого громкоговорителя для возможного устранения «горба» АЧХ акустической системы.

Во всем этот нам поможет программа AudioTester! Просто, быстро и дешево!

1. Программа AudioTester и компьютер (ноутбук) с звуковой картой.

2. Резистор сопротивлением 8-10 Ом 1-2 Ватта, измеренный с точностью ± 1%.

3. Экранированный кабель стерео с разьемом «джек» длиной 2-3 метра.

4. Экранированный кабель моно с «джеком» длиной 3 метра.

5. Двойной медный многожильный провод сечением 2-3 мм 2 длина 3-4 метра.

6. Двойной жесткий алюминиевый и медный одножильный провод 1 метр.(подвес).

7. Кусок пластилина массой 20-40 грамм, измеренной с достаточной точностью.

Я использовал программу AudioTester v.2.2 D, которую очень легко скачать с любого радиотехнического сайта.

Подготовка к измерениям.

3. Для измерения параметров Т-С собрал простейшую схему из программы.

Рис. 1 Схема измерительной «коробочки»

Требования к сборке.

Надо, чтобы ЛЕВЫЙ выход звуковой карты соединялся с ЛЕВЫМ входом «звуковухи»

Громкость на компьютере 90-95% от максимума.

Рис. 2. «Коробочка» в корпусе

Рис. 3. Пластилиновый бублик масса 20 г ( 4 монеты)

Рис. 4. Объект измерения – 25ГДН-3-4

Рис. 5. Объект измерения – 25ГДН-3-4 в добавочной массой.

Рис. 6 . Внешний вид программы.

В качестве эталонного я использовал резистор 10 Ом (± 1%).

В качестве добавочной массы – «бублик» из пластилина 20 грамм (± 1 грамм).

Подвес: Жесткий двужильный провод длиной примерно 80-100 см , одним концом закреплял за люстру в центре комнаты , на другом конце провода загнул жилы в виде крючка и подвешивал динамик за крепежные отверстия , причем ось динамика располагал горизонтально.

Рис.7. Объект измерения в подвешенном состоянии.

Измеряем параметры Т-С

Выбираем иконку , нажимает кнопку «Установки» , изменяем параметры:

Устанавливаем «Step count» = 300 (рекомендуется 200-400).

Верхнюю частоту измерений уменьшаем до 200-500 Гц (для НЧ динамика достаточно и меньше время измерения).

«серия сопротив Rs/Ohm» = сопротивление эталонного резистора 8-10 Ом.

«объем кабинет Vb/литр» = объем герметичного ящика (литр).

«дополнительна Mms/g» = вес «бублика» из пластилина (г).

«диаметр d/mm» = диаметр диффузора динамика (мм).

Рис.8 . Параметры настройки программы

Сохраняем , вешаем динамик за крючки провода, чтобы его ось смотрела горизонтально и нажимает Start. Ждем завершения измерения.

Рис. 9 Результаты измерения динамика без груза

Синяя линия – зависимость сопротивления динамика от частоты, резонанс наступает на частоте 55Гц, красная линия – фаза сигнала .

Потом налепляем на пылезащитный колпачок динамика пластилиновый бублик , нажимает чтобы активными стали зеленая и розовая буква и опять нажимаем Start

Рис.10 . Результаты измерения динамика с грузом.

Зеленая линия – частота резонанса динамика с добавочной массой.

Расчет параметров Тиля-Смолла

Теперь перетаскиваем мышкой в , а в по принциму «взял-подтащил-бросил»

Получаем параметры Т-С для этого динамика

Рис.11 . Результаты расчета параметров Т-С.

Рассчитанные параметры можно сохранить или распечатать через

Для повторного измерения очищаем графики и желательно заново закрыть/открыть программу. Измерения желательно повторить несколько раз для каждого динамика.

Для достоверности полученных данных сравнил их с заявленными производителем или с измеренными товарищами в других программах (если интересно – почитайте Заключение). Финиш!

Анализ результатов измерения

В заключении приведу конкретные результаты сравнения полученных измерений для различных НЧ динамиков:

1. Буржуйский Visaton WS 17 E/4 , новый, 6,5 дюйма ( 162 см) имеется полный список параметров Т-С от производителя.

2. Советский 25ГДН-3-4, б/у, 5 дюймов (125 см), параметры Т-С взяты из справочника и с https://alex-jet.narod.ru/acoustics/sounddrivers/25GDN-3-4.html ( с разрешения автора!).

3. Китайский SENON DYP1240F, 12 дюймов (30 см.)

Забегая вперед скажу, что в среднем различие результатов составляет 10-25%, а некоторые параметры совпали полностью, значит полученным результатам можно доверять.
Примечание: В Программе Audiotester параметр Qes называется Qel.

1. Сравнение параметров Т-С для динамика Visaton WS 17 E/4.

Параметры , полученные в Audiotester. (Динамик «прогрет» в течении 2 часов – музыкальным сигналом (4 Вт)и 2 часа – синусоидальный сигнал 1 вольт 63 Гц )

LIMP Arta Software: измерение параметров Тиля-Смолла для начинающих

Для измерения этих параметров с помощью метода, описанного ниже, вам потребуется иметь следующие элементы:

• Один (1) усилитель
• Один (1) тон-генератор (генератор определенных аудио частот, можно программный, например AudioTester или Tone Generator от NCH Software)
• Один (1) цифровой мультиметр
• Один (1) 5 ваттный резистор (приблизительно 4 или 8 Ом)
• Две (2) пары проводов с «крокодилами» на концах

Желательно, мультиметр должен быть с возможностью измерения частоты, а также напряжения, сопротивления и тока. Усилитель должен быть способен воспроизвести от 20 Гц до 200 Гц без возможности изменения в выходной мощности и он должен быть нечувствителен к нагрузкам свыше 4 Ом. Частотный тон-генератор должен уметь также воспроизвести сигнал, напряжение которого не меняется по мере того, как регулируется частота.

Метод измерения параметров Тиля-Смолла

1. Измерьте сопротивление (Re) динамика напрямую.
2. Измерьте сопротивление (Rs) через резистор.
3. Подключите тон-генератора на входные клеммы усилителя.
4. Подключите мультиметр к клеммам акустических выходов усилителя.
5. Установите тон-генератор примерно на 100 Гц.
6. Установите на выходе усилителя Vs, где Vs

Прикрепите одну ногу резистора к положительной клемме на усилителе

Qms = Fs*(r0^0.5)/(Fh-Fl)

Вы можете использовать следующую таблицу для выполнения расчетов автоматически: tsparam-rus.xls

Измерение и расчет параметров Тиля-Смолла

Самыми основными параметрами динамической головки, по которым можно рассчитать и изготовить акустическое оформление (проще говоря – ящик) являются:

1. резонансная частота Fs (Гц)
2. эквивалентный объем Vas (л)
3. полная добротность Qts
4. сопротивление постоянному току Re (Ом)

Для более серьезного подхода понадобится:

1. механическая добротность Qms
2. электрическая добротность Qes
3. площадь диффузора Sd (м2) или его диаметр D (см)
4. чувствительность SPL (дБ)
5. индуктивность Le (Гн)
6. импеданс Z (Ом)
7. пиковая мощность Pe (Вт)
8. масса подвижной системы Mms (г)
9. относительная жесткость Cms (метров/ньютон)
10. механическое сопротивление Rms (кг/сек)
11. двигательная мощность BL

Основным измерением является нахождение Z-кривой на частоте резонанса, которую можно измерить, собрав следующее оборудование:

1. вольтметр;
2. генератор сигналов звуковой частоты;
3. мощный (5 Вт) резистор сопротивлением 1 кОм;
4. точный (±1%) резистор сопротивлением 10 Ом;

Большинство генераторов имеют собственную шкалу частоты, но если такой нет, то понадобится еще и частотомер, включенный параллельно на выходе генератора. Вместо генератора можно использовать звуковую плату компьютера и программу с генератором.

Для начала необходимо откалибровать вольтметр. Для этого вместо динамика подсоединяется сопротивление 10 Ом и подбором напряжения, выдаваемого генератором, надо добиться напряжения 0,01 В. Если резистор другого номинала, то напряжение должно соответствовать 1/1000 номинала сопротивления в [Ом]. Например для калибровочного сопротивления 4 Ом напряжение должно быть 0,004 В. После калибровки регулировать выходное напряжение генератора НЕЛЬЗЯ до окончания всех измерений. Измеряемый динамик при этом и всех последующих измерениях должен находиться в свободном пространстве.

Re – сопротивление динамика по постоянному току (Ом)

Подсоединив вместо калибровочного сопротивления динамик и выставив на генераторе частоту, близкую к 0 Гц, мы можем определить его сопротивление постоянному току – Re. Им будет являться показание вольтметра, умноженное на 1000. Впрочем, Re можно замерить и непосредственно омметром.

Fs – частота основного резонанса (Гц)

Резонансная частота динамика находится по пику его импеданса (Z-характеристике). Для ее нахождения плавно изменяйте частоту генератора и смотрите на показания вольтметра. Та частота, на которой напряжение на вольтметре будет максимальным (дальнейшее изменение частоты будет приводить к падению напряжения) и будет являться частотой основного резонанса для этого динамика. Показания вольтметра, умноженные на 1000, дадут сопротивление динамика на резонансной частоте Rmax. Получив похожую кривую импеданса, можно рассчитать остальные параметры.

Ro и Rx – промежуточные сопротивления для последующих расчетов (Ом)

Rx важный параметр, его можно рассчитать по двум формулам. В любом случае, значение Rx должно быть одинаковым:

Rmax – максимальное сопротивление (сопротивление на частоте резонанса); Re – сопротивление динамика (измеряем точным тестером или на частоте 0 Гц).

Qms – механическая добротность

Fs – частота основного резонанса, найдена ранее; Ro – промежуточное сопротивление, найдено ранее. F1 – первая частота на Z-кривой по уровню Rx; F2 – вторая частота на Z-кривой по уровню Rx.

Частоты F1 и F2 – это частоты, при которых сопротивление динамика равно Rx. Поскольку Rx всегда меньше Rmax, то и частот будет две – одна меньше Fs, а другая больше. Проверить результаты расчетов можно по следующей формуле:

Если расчетный результат отличается от найденного ранее больше, чем на 1 Гц, то нужно повторить все сначала и более аккуратно.

Qes – электрическая добротность

Qts – полная добротность

Мы нашли и рассчитали основные параметры, по которым можем сделать некоторые выводы:

1. Если резонансная частота динамика выше 50 Гц, то он имеет право претендовать на работу в лучшем случае как мидбас. О сабвуфере на таком динамике можно сразу забыть.
2. Если резонансная частота динамика выше 100 Гц, то это вообще не низкочастотник. Можете использовать его для воспроизведения средних частот в трехполосных системах.
3. Если соотношение Fs/Qts у динамика составляет менее 50-ти, то этот динамик предназначен для работы исключительно в закрытых ящиках. Если больше 100 – исключительно для работы с фазоинвертором или в бандпассах. Если же значение находится в промежутке между 50 и 100, то тут нужно внимательно смотреть и на другие параметры – к какому типу акустического оформления динамик тяготеет. Лучше всего для этого использовать специальные компьютерные программы, способные смоделировать в графическом виде акустическую отдачу такого динамика в разном акустическом оформлении. Но при этом не обойтись без других, не менее важных параметров – Vas, Sd, Cms и L.

Sd – эффективная излучающая поверхность диффузора (м2)

П – число “пи” математическая постоянная, равная 3,14; r – радиус, в данном случае половина расстояния от середины ширины резинового подвеса одной стороны до середины резинового подвеса противоположной. Это связано с тем, что половина ширины резинового подвеса также является излучающей поверхностью. Обратите внимание что единица измерения этой площади – квадратные метры. Соответственно и радиус нужно в нее подставлять в метрах.

L – индуктивность катушки динамика (Гн)

Для этого нужны результаты одного из отсчетов из самого первого теста. Понадобится импеданс (полное сопротивление) звуковой катушки на частоте около 1000 Гц. Поскольку реактивная составляющая (XL) отстоит от активной Re на угол 90°, то можно воспользоваться теоремой Пифагора:

Поскольку Z (импеданс катушки на определенной частоте) и Re (сопротивление катушки по постоянному току) известны, то формула преобразуется к:

Z – сопротивление динамика на частоте 1000 Гц; Re – сопротивление динамика (измеряем точным тестером или на частоте 0 Гц).

Найдя реактивное сопротивление XL на частоте F можно рассчитать и саму индуктивность по формуле:

XL– реактивное сопротивление, найденное оп предыдущей формуле;П – число “пи” математическая постоянная, равная 3,14; F – частота, на которой определяем индуктивность, обычно 1000 Гц.

Vas – эквивалентный объем

В домашних условиях проще использовать два метода определения эквивалентного объема динамкиа: метод “добавочной массы” и метод “добавочного объема”. Первый из них требует из материалов несколько грузиков известного веса. Можно использовать набор грузиков от аптечных весов или воспользоваться старыми медными монетками 1,2,3 и 5 копеек, поскольку вес такой монетки в граммах соответствует номиналу. Второй метод требует наличия герметичного ящика заранее известного объема с соответствующим отверстием под динамик.

Vas – метод добавочной массы

Для начала нужно равномерно нагрузить диффузор грузом и вновь измерить его резонансную частоту, записав ее как F’s. Она должна быть ниже, чем Fs. Лучше если новая резонансная частота будет меньше на 30-50%. Масса груза берется приблизительно 10 граммов на каждый дюйм диаметра диффузора. Т.е. для 12″ головки нужен груз массой около 120 граммов.

Cms – относительная жесткость на основе полученных результатов:

П – число “пи” математическая постоянная, равная 3,14; Fs – резонансная частота без оформления, рассчитана выше (Гц); F’s – резонансная частота без оформления с грузом (Гц); M – масса в груза (кг).

Исходя из полученных результатов Vas рассчитывается по формуле (м3):

Vas – метод добавочного объема

Для этого понадобится герметичный закрытый ящик с нужным отверстием под измеряемый динамик. Крепим динамик магнитом наружу. Объем ящика обозначен как Vb. Затем нужно произвести измерения Fс (резонансной частоты динамика в закрытом ящике) и, соответственно, вычислить Qmc, Qec и Qtc. Методика измерения полностью аналогична описанной выше динамика без оформления, рисуем такую же Z-кривую. Затем находится эквивалентный объем по формуле:

Vb – объем закрытого ящика; Fс – резонансная частота динамика в ящике; Qec – электрическая добротность динамика в ящике; Fs – резонансная частота динамика без оформления; Qes – электрическая добротность динамика без оформления.

Практически с теми же результатами можно использовать и более простую формулу:

Vb – объем закрытого ящика; Fс – резонансная частота динамика в ящике;Fs – резонансная частота динамика без оформления;

Полученных в результате всех этих измерений данных достаточно для дальнейшего расчета акустического оформления низкочастотного звена достаточно высокого класса. Приведенная выше методика действенна только для измерения параметров динамиков с резонансными частотами ниже 100 Гц, на более высоких частотах погрешность возрастает.

По материалам: cxem.net

Измерение Vas (эквивалентный объем динамика)

Для измерения Vas, нужно использовать хороший крепкий корпус известного объема, который соответствует номинальному размеру динамика. Установите динамик конусом наружу и обеспечьте удобный доступа к контактам. Рассчитайте объем корпуса с учетом потер от установленного во внутрь динамика. Измерьте резонансную частоту в таком положении.

Vas = Vb((Fb/Fs)^2 — 1)

VB — это объем конуса динамика плюс объем ящика Fb — резонансная частота динамика в ящике

Параметры Тиля — Смолла: воспользуемся. Журнал «Автозвук»

Мы ещё в прошлый раз собирались воспользоваться цифрами, сопровождающими динамики, но остановились на время, чтобы понять, откуда они взялись. А теперь, поскольку поняли, можно и пользоваться.

Сохранить и прочитать потом —

Мы ещё в прошлый раз собирались воспользоваться цифрами, сопровождающими динамики, но остановились на время, чтобы понять, откуда они взялись. А теперь, поскольку поняли, можно и пользоваться.

ЗАДАДИМ СЕБЕ ВОПРОС. ПОЧЕМУ ЭТО МЫ, БОРЦЫ за автомобильный звук, так озабочены параметрами динамиков, а те, кому ближе звук домашний, об этом говорят очень мало. Или совсем не говорят. В том ли дело, что в автозвуке пустил гораздо более прочные корни естественно-научный подход к электроакустике, а в домашнем хай-фае-хай-энде — скорее чувственный? Отчасти да, но это не главное. Главнее то, что в домашнем звуке этого всего можно не знать. Есть такая возможность. Причин для этого как минимум две.
ПРИЧИНА ПЕРВАЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ
Суть её в том, что домашняя акустика приходит к владельцу в завершённом виде. Параметры заложенных в неё компонентов в большинстве случаев нельзя не то что изменить, а даже узнать без полной разборки готового, красивого и дорогого изделия. А кто и, главное, зачем это будет делать? Исключения бывают, но раз на тысячу или реже. Оттого так популярны в домашнем звуке игры с проводами: больше-то ничего изменить нельзя. И ценовой гипноз: стоит акустика тыщу — значит, должна сыграть на тыщу, а эта, за пять сотен, как она на тыщу может сыграть? У нас всё по-другому.

То, что для нас готовое изделие, в домашнем звуке означало бы радиодеталь. Да и для нас, строго говоря, динамик не готовое изделие, конечный продукт — это система в машине, но готовыми системами не торгуют (заводские не в счёт, сами знаете почему).

Если бы торговали готовыми аудиосистемами, мы бы тоже могли позволить себе роскошь ничего не знать о параметрах динамиков, туда установленных. Садись и слушай, кому положено, всё уже учёл. Но нам в обмен на деньги выдают динамик, который сам по себе никак не звучит, даже если его к чему-нибудь подключить. Как понять, чего от него ожидать, подходит ли он, а если подходит — то для чего, в смысле, что для него надо сделать, чтобы он раскрыл свои возможности?

Пока, напомним, мы говорим только о работе динамиков на низких частотах. В своё время будем заходить и выше по частоте, но значительная часть технических решений, которые приходится принимать при выборе динамических головок, связана именно с их работой в басовом регистре. И почти вся теория, на основе которой, не прибегая к эксперименту, можно спрогнозировать поведение акустики, тоже выведена для низких частот. А мы именно к этому стремимся — понять, как будет работать динамик до того, как стали его хозяином.

На низких частотах в машине, в общем случае, работают два типа акустики. Фронтальные мидбасы (или басовики трёхполосной системы, здесь не важно) и сабвуфер. Подход к прогнозу и расчёту для этих типов акустики принципиально разный. Большинство сабвуферных головок предназначены для установки в то или иное сознательно построенное акустическое оформление. Его характеристики выбираются так, чтобы вместе с «врождёнными» параметрами динамика дать требуемые итоговые значения резонансной частоты и добротности, которые и определят форму АЧХ в машине, многие другие характеристики и в итоге — характер звучания. Исключение составляют сабвуферы, предназначенные для работы в акустическом экране (более популярным стало название free air). Для них объём ящика, куда они установлены, — это объём багажника, который всегда настолько велик, что никак не сказывается на итоговых значениях параметров динамика в оформлении. Динамик перестаёт «чувствовать» действие объёма ящика, в который он установлен, когда этот объём в 5 раз больше эквивалентного объёма динамика Vas. «Перестаёт чувствовать» означает, что резонансная частота и полная добротность изменяются не более чем на 10%. Типичные значения Vas для 12-дюймовых, например, головок, крайне редко превышают 80 л, следовательно, типовой багажник для них — это уже безграничный простор. Это если считать багажник действительно закрытым ящиком, которым он, в сущности, не является, но об этом чуть позже, в другом контексте. Поэтому для сабвуферных головок параметры Тиля — Смолла — это совсем уже «информационное сырьё», до поры до времени никак не означающее характеристики готового изделия.

Совсем иная ситуация с мидбасовыми компонентами фронтальной акустики, отрабатывающими значительную часть басового материала. Типовая схема установки фронтальных мидбасов — в дверь. Формально дверь — тот же закрытый ящик объёмом 30 — 50 л (крайние случаи). Типичные значения Vas компонентных мидбасов (или коаксиалов такого же калибра) таковы: 90% 5-дюймовых головок попадают с этим параметром в коридор 6 — 10 л, для 6-дюймовых это 8 — 15 л. То есть получается, в принципе, что объём двери где-то на границе просторного закрытого ящика и бесконечного экрана. Это — говоря формально. На самом деле дверь — это никакой не ящик. Судите сами: если бы нечто, отштампованное из листа толщиной 0,6 мм, без каких-либо существенных элементов жёсткости обшивки, с многочисленными прорехами (для дверных ручек, ограничителя хода, опускного стекла, слива воды и пр. и пр.) можно было бы считать серьёзным корпусом акустической системы, чего ради во всём мире уже которое десятилетие корпуса для домашней акустики строят из толстых досок, с многочисленными рёбрами и распорками, причём тем более толстых и с тем более многочисленными, чем лучше акустика? Подойдите к машине (лучше — своей) и нажмите пальцем на центр двери. Миллиметр прогиба особого усилия не потребует. Проделайте то же самое с самой затрапезной домашней колонкой. Здесь можно воспользоваться и чужой, ущерб исключён, если ваша фамилия не Кличко.

Что такое миллиметр? Примерно амплитуда колебаний диффузора мидбаса на всех частотах, кроме предельно для него низких. А площадь его куда меньше, чем площадь дверной панели, поэтому вибрация металлического листа двери в значительной мере компенсирует пульсации давления во внутреннем объёме, то, на чём основано действие закрытого ящика как акустического оформления. Так что сам по себе объём без учёта жёсткости — фикция. Если не убедил, доведём ситуацию до абсурда: поставим на место корпуса акустической системы полиэтиленовый мешок, пусть и требуемого объёма. Это он для мусора 60 л, а для акустики — сам мусор. Поэтому, говоря об условиях работы дверных мидбасов, следует отдавать себе отчёт в том, что они работают не в закрытом объёме в акустическом смысле. Такое оформление ближе всего соответствует акустическом экрану, и тем ближе, чем тщательнее устранены условия для акустического короткого замыкания между лицевой стороной диффузора и тыльной, находящейся в двери.

Есть ли исключения из этого принципа? Разумеется. Назовите мне такой, из которого нет, я запомню. Одно исключение (или почти) — суперустановки, какие делают для побед на соревнованиях, и то, как правило, не ради наслаждения партикулярной персоны, а во славу крупной установочной студии или пафосной торговой марки. Второе — время от времени (последнее время — всё чаще) появляющиеся установки, в которых мидбасы помещают в действительно закрытый и жёсткий объём, когда выгораживая его в дверях, когда — в кикпанелях, когда (новейшее веяние) — в виде напольной конструкции, одна такая есть в этом номере. Но здесь и подходы иные, и динамики требуются особые, их не так и много. Подавляющее же большинство моделей мидбасовых головок изначально рассчитывались на дверную установку со всеми её реалиями, как бы мы временами ни язвили по поводу просчётов конструкторов, они чаще всего своё дело знают.

Так что общее правило будет такое: для сабвуфера параметры головки мы используем для расчёта, по которому делаем оформление, считающееся оптимальным. Кроме фри-эйрных установок, в которых параметры Тиля — Смолла головки станут и итоговыми параметрами головки в оформлении. Но таких меньшинство. А для мидбасов, обречённых на работу во фри-эйрных условиях, в акустическом экране, параметры головки и будут финальными, здесь расчёт не «проектировочный», а «поверочный», как принято говорить (исключение — «ящичные» установки мидбасов). А на основе поверочного расчёта, да иногда и просто прикидки, можно попытаться понять, чего мы вправе ожидать от того или иного мидбасового динамика, зная о нём только параметры Тиля — Смолла. На низких частотах — это почти всё, что надо знать. Но здесь, неподалёку — вторая причина столь разных подходов в акустике дома и в машине.
ПРИЧИНА ВТОРАЯ, АКУСТИЧЕСКАЯ
Да, вы правильно сейчас подумали: акустика салона. У нас была в своё время была статья про передаточную функцию салона, на мой взгляд, это одна из лучших публикаций в этом журнале за всё время его существования. Если есть возможность — загляните, это было в «АЗ» №8/2000, с. 68 и дальше. Коротко суть в следующем: в салоне машины ниже 100 Гц создаваемое любой акустической системой звуковое давление будет расти со снижением частоты со скоростью 12 дБ/окт. С какой именно частоты начиная? Это вопрос интересный. В Интернет-конференциях нередко находятся буквоеды, требующие, чтобы им разыскали передаточную функцию ровно для их автомобиля, чуть ли не с учётом года выпуска и климат-контроля. Наши же выводы (отчасти совпавшие с выводами американских коллег) были такие: АЧХ салона в полосе частот 80 — 100 Гц предугадать невозможно, она очень индивидуальна, а ниже 80 поведение машин даже с разными размерами салона, напротив, весьма сходно. И мы предложили некоторую обобщённую передаточную функцию, достаточную для предварительных расчётов. Да и не только для предварительных. Сопоставив накопившиеся за несколько лет результаты моделирвоания АЧХ сабвуферов с копящимися уже несколько месяцев данными, полученными в реальных установках с помощью RTA-анализатора, мы обнаружили очень неплохое совпадение, так что к предложенной скоро как пять лет назад функции нам сейчас добавить нечего.

Как влияет передаточная функция на критерии выбора параметров акустики? Как нетрудно догадаться — драматически, именно процессы и результаты дома и в машине при прочих равных оказываются разными, разными будут и подходы к вопросу.

Возьмём акустическую систему (динамик в оформлении типа «закрытый ящик»). Будем пока придерживаться этого типа оформления как наиболее универсального, включающего и случай акустического экрана, для нас весьма важный. Форма АЧХ такой акустической системы на низких частотах будет исчерпывающим образом определяться двумя параметрами: резонансная частота в оформлении Fc и полная добротность (тоже в оформлении) Qtc. Смена «s» на «с» как раз и означает, что от «голого» динамика мы перешли к «одетому».

Как можно «и невинность соблюсти, и капитал приобрести»? Ну как: снизить резонансную частоту. Картинка получается точно такая же, но сдвинутая по частоте вниз пропорционально Fc. Чего реально можно ожидать от перебора нашего неограниченного запаса акустики (вот жизнь!), понятно по серии графиков, где при одной и той же добротности берутся колонки с разными Fc (из ряда 40 — 60 — 80 — 100 Гц). Видите, при Qtc = 0,5 даже с низкой резонансной частотой АЧХ выходит на уровень -3 дБ на 70 Гц, а если резонансная частота высокая — начинает валиться уже на 180 Гц. И напротив, при высокой добротности (Qtc = 1,2) акустика с низким резонансом прилично басит уже на 35 Гц, и даже при высокой Fc нижняя граничная частота не опускается ниже 85 Гц. Ценой, правда, горба на АЧХ (его видно) и ухудшения импульсных характеристик (этого не видно, но поверьте на слово). В общем, набор опций для выбора очевиден. Теперь вспомним, что мы не домоседы, и взглянем, как то же самое выглядит в машине. Не забыв при этом, что если динамики стоят в дверях, то можно считать Fc = Fs и Qtc = Qts, то есть необходимо и достаточно знать параметры «голого» динамика. Почему, собственно, мы и стремимся их знать.

В машине работает, хотим мы того или нет, передаточная функция салона. Мы, вообще-то, хотим, она нам сильно помогает с басами. И вот: с учётом этой функции первые два графика перестают быть близнецами, как их домашние аналоги. Перестают быть близнецами и содержащиеся на графиках отдельные кривые. Поизучайте, любопытные картинки. Однако для принятия решений нужны немного другие. На основании следующей серии графиков можно решить, какие мидбасы подходят для установок с сабвуфером, а какие могут, в принципе, справиться и сами (в пределах возможного), какие требуют высокой частоты раздела полос мидбас — сабвуфер, какие согласны на низкую и так далее.
ВЫБОР
Теперь снова пойдём по пути выбора головок с разными значениями резонансной частоты при одной и той же добротности. Ряд частот мы взяли тот же. Вот первый случай: головка с низкой добротностью. Какая бы у неё ни была резонансная частота (в пределах реально ожидаемого), у нас всегда будет слегка проваленный самый верхний бас (100 — 120 Гц), причём тем больше, чем выше резонансная частота головки (или её же — в двери). Зато с низкодобротной и низкорезонансной головкой появляется перспектива создания широкополосной бессабвуферной системы, правда пока — довольно призрачная. Более реальной она становится при более высоком значении добротности, как раз баттервортовской. Здесь при значении Fc между 40 и 60 Гц АЧХ становится или совсем ровной, или с подъёмом именно там где надо (при низкой добротности было ниже, чем надо). И главное — при таком сочетании параметров, если в системе сабвуфер всё же предусмотрен, настраивать ФВЧ фронтальной акустики можно практически без ограничений: в полосе 50 — 100 Гц фронт работает идеально.

Если полная добротность повышенная, равная единице, картина существенно меняется. Теперь Fc = 60 Гц — это залог заметного горба в системе, лишённой сабвуфера, динамик с низким резонансом даёт совсем грамотную АЧХ в области низкого баса, а если в системе есть сабвуфер, то выгоднее взять динамик с резонансом повыше, 80 — 100 Гц, и спокойно делить частотные полосы на 80 — 100 Гц., как обычно и делают.

А при совсем высокой добротности, равной 1,2? Здесь получается интересно: у динамиков с совсем низким резонансом АЧХ выходит, в принципе, интересная, правда такое сочетание параметров — большая редкость, почему — вы должны были бы знать из «В.В.-4». Зато именно высокое значение Fc даёт возможность безбедно отфильтровать фронт на наиболее часто используемых частотах: 70 — 80 Гц, даже с гарантией, что в полосе частот сабвуфера фронты будут культурно отдыхать, не внося сумятицы одновременной работы двух излучателей в одной полосе.

Подмывает на основе только что проведенного разбора дать какую-нибудь короткую и вескую рекомендацию, типа: если так, то брать вот это, а если эдак — то вот то. Но вы сами видите: взаимодействие внутрисалонного пространства с характеристиками акустики однообразием не отличается, здесь есть масса вариантов, требующих более вдумчивого анализа, нежели следование простой рекомендации.

И если всё делать правильно, полдела будет сделано. Почему только «пол»? Потому, что без сабвуфера, как оказывается, в большинстве случаев всё равно нельзя. Для выяснения, почему нельзя, для следующего выпуска мы тут подготовили интересную штуку: попытались вывести из экспериментальных данных идеальную АЧХ в салоне машины. И, что любопытно, вывели. Она отвечает на многие вопросы, остаётся только их задать, что мы и сделаем в следующий раз.

Книжки и компьютерные программы предлагают обычно ввести частоту, с которой начинается подъём на низких частотах в зависимости от размера машины: чем больше, тем ниже. Наше универсальное решение — частота начала подъёма около 80 Гц, при этом на совсем низких частотах график реальной передаточной функции уходит вниз от теоретического, в силу той же нежёсткости и негерметичности кузова

Слева — как влияет величина добротности на ход АЧХ домашней акустической системы. Справа — тот же случай в машине, с учётом передаточной функции. То же, да не то же…

При более низкой резонансной частоте акустики дома АЧХ просто съезжают вниз, не изменяя формы. В машине (справа) форма частотных характеристик меняется самым очевидным образом

Пусть теперь добротность остаётся постоянной, дома при различных значениях Fc по-прежнему АЧХ безропотно сдвигаются по частоте. В машине характеристики становятся совсем непохожими: на этой серии графиков это наиболее наглядно

Случай баттервортовской добротности: дома всё как-то обыкновенно, а в машине есть возможность подобрать такое сочетание Fc и Qtc, которое обещает волшебные АЧХ

Дома — ну что, всё обыденно. В машине при повышенной добротности акустики появляются сочетания параметров, которых желательно избегать, иначе горб на АЧХ неизбежен. Или трудноустраним. В то же время именно при высоком значении добротности появляется возможность эффективно использовать фронтальную акустику с высокой резонансной частотой в системе с сабвуфером. Возможность, которая у низкодобротной акустики, при других её достоинствах, сильно ограничена

В случае совсем высокой добротности Qts выше 1,2 у нас встречается исключительно редко, выбор акустики с высокой резонансной частотой — вообще прописан доктором. Так что не бывает плохих параметров. Бывают неправильно использованные сочетания…

Хоббимания 🙂 Как я измерил параметры НЧ динамика, для расчета корпуса акустической системы

В итоге, старые АС я продал — хорошие были колонки, но НЧ звено у них откровенно слабовато. Бас, все-таки, играет в звуке очень большую роль, как ни крути.

И вот, остались теперь эти самые динамики из которых и решил собрать самодельную домашнюю акустику.

Для расчетов корпуса и частотных характеристик АС, как известно, нужны хотя-бы минимальные параметры — резонансная частота, добротность (механическая, электрическая и полная). Где взять? Нигде, кроме как измерить самому.

Как всегда, в инете нашлась куча бесполезной информации, полезной — совсем чуть-чуть, но этого, как оказалось — достаточно, чтобы понять принцип измерения и реализовать его на практике.

Итак, суть в том, что резонансная частота — имеет четко выраженный "горб" на графике сопротивления динамика на своей частоте. Осталось измерить максимальное сопротивление и получим ту самую резонансную частоту частоту.динамика, в свободном пространстве. На ее основе и знании значений опротивления на разных частотах можно вычислить все необходимые величины для расчета будущих колонок.

— нужна схема нечто вроде этой, но зная закон Ома, можно применить резистор не 1000 Ом, а абсолютно (посчитать не сложно) любой величины. Генератором (ГЗЧ) в наше время служит любой компьютер с звуковой картой и обычным аудио-усилителем.

Что было у меня в наличии? Тестер, для измерения сопротивления на переменном токе и несколько резисторов по несколько Ом, которые нужны для создания цепи с динамиком, для последующих измерений, с известным значением сопротивления, на всех частотах (у меня были подобные свременные керамические резисторы). Таким образом, сравнивая напряжение на резисторе и на динамике можно не только увидеть искомый резонансный горб, но и пользуясь формулами, рассчитать добротности всех видов, что мне и нужно.

Немного поэкспенриментировав и помня закон Ома для замкнутой цепи, я вычислил и ток всей цепи и сопротивление динамика на нужных частотах и четко отследил горб, на котором сопротивление 4-Омного динамика, составило по растетам аж 78 Ом! На 50, с долями Гц — это и есть резонансная частота динамика в открытом воздухе. обозначаемая везде как Rs. Порадовали и полученные значения добротности — с ними можно использовать динамик в проектируемой акустике, желаемого типа оформления.

Далее просто приведу ссылку на формулы и статью, которыми я воспользовался для расчетов:
http://donex-ua.narod.ru/el/izmts.htm

Кстати, колонки уже собраны и играют, хотя работы по доведению их внешнего вида (и кое в чем по нюансам звука) до ума, (да и внутренних распорок в корпуссе не помешало бы) еще не мало. Но могу уже сказать, что бас на уровне покупных современных АС, от 40-50-60 тыс, р, Примерно как советские S-90, но без тех недостатков, из-за которых от них давно избавились все приличные аудиафилы — нет бубнежа, есть четкий, быстрый бас (высокая механическая добротность и мощный магнит), в то же время хорошо слышны частоты чуть ли не до 20 Гц, 25 — вполне отчетливо, а уж средние частоты он отыгрывает идеально и сам по себе, И все это дает один 20 см динамик, в нужном корпусе.