paun_nl
Administrator
 Din: alexandria
Inregistrat: acum 17 ani
Postari: 2718
|
|
1
North Bergen
30 Iulie, 2006
Masurarea parametrilor Thiele-Small ai difuzorului.
Parametrii Thiele-Small sīnt necesari īn proiectarea incintelor acustice. Īnainte de existenta acestora, procesul construirii unei
incinte acustice cu raspuns īn frecventa adecvat se baza mai mult pe experienta designer-ului si consta īn testarea difuzorului
īn mai multe volume si tipuri de incinte pīna cīnd se ajungea la performanta dorita. Datorita lucrarilor teoretice si practice
create de inginerii australieni A. N. Thiele si Richard H. Small cu aproape patruzeci de ani īn urma, proiectarea incintelor
acustice consta astazi doar īn modelarea matematica a comportarii unui difuzor īntr-un volum determinat. Ecuatiile care
descriu aceasta comportare sīnt astazi baza unui numar de programe de computer cu care putem simula raspunsul īn
frecventa, variatia presiunii acustice, schimbarea fazei undei acustice, etc., fara sa fi construit incinta īn prealabil.
Īn lucrarile lor teoretice, Thiele si Small au identificat si descris matematic comportarea din punct de vedere electro-mecanic /
electro-magnetic si interactiunile care apar īntre elementele constructive ale unui difuzor si aerul din interiorul incintei acustice.
Aceste studii au dus la identificarea si descrierea parametrilor care le poarta numele.
Cei mai importanti parametri sīnt:
fs Frecventa de rezonanta a difuzorului īn aer liber. Se masoara īn herti (Hz).
Re Rezistenta electrica a bobinei masurata īn curent continuu. Se masoara īn ohmi (5).
Z Impedanta difuzorului masurata īn curent alternativ. Se masoara īn ohmi (5).
Le Inductanta bobinei difuzorului. Se masoara īn milihenry (mH).
Qes Factorul de calitate electric datorat circuitului electromagnetic al difuzorului. Adimensional.
Qms Factorul de calitate mecanic datorat suspensiilor si membranei. Adimensional.
Qts Factorul de calitate total. Adimensional.
Cms Complianta mecanica a masei mobile. Se masoara īn metri/Newton.
Vas Se masoara īn unitati de volum si reprezinta volumul de aer echivalent care presat cu o suprafata egala cu suprafata
membranei difuzorului are aceeasi complianta mecanica (sau elasticitate) cu sistemul mobil compus din membrana,
bobina mobila si suspensii. Se masoara īn litri (l).
Vd Volumul de aer dislocuit de membrana difuzorului la Xmax. Se masoara īn unitati de volum.
Xmax Excursia maxima a membranei īntr-o singura directie (pastrīndu-se acelasi numar de spire al bobinei īn cīmpul
magnetic generat īn īntrefier). Se masoara īn unitati de lungime (mm).
Pentru a produce o presiune acustica constanta, excursia membranei difuzorului trebuie sa se quadrupleze cu fiecare
coborīre de octava (o octava e o dublare de frecventa). Exemplu: daca la 100 de herti membrana unui woofer se
deplaseaza 1 mm, la 50 de herti trebuie sa se deplaseze 4 mm iar la 25 de herti 16 mm... de aceea, un subwoofer bun
are un Xmax mare.
B Intensitatea cīmpului magnetic īn īntrefier. Se masoara īn Tesla (B).
BL Forta circuitului electro-magnetic, sau forta cu care este deplasata masa mobila a difuzorului. Se reprezinta prin
produsul dintre intensitatea cīmpului magnetic B (Tesla) si lungimea conductorului bobinei L (metri) care se afla īn
acest cīmp magnetic. Adimensional.
D Diametrul membranei difuzorului. Se masoara īn unitati de lungime (cm).
L Lungimea conductorului īn īntrefierul magnetic. Se masoara īn unitati de lungime (m).
Mms Masa sistemului mobil al difuzorului. Se masoara īn grame (g).
!0 Eficienta energetica sau randamentul difuzorului. Se masoara īn procente (%).
Pe Puterea electrica pe care poate sa o suporte difuzorul pe termen lung, fara a se deteriora. Se masoara īn wati (W).
SPL (Sound Pressure Level) sau nivelul presiunii acustice. Se masoara īn decibeli (dB), cu un SPL-metru amplasat la un
metru īn fata difuzorului caruia i se aplica o putere de 1 wat.
Sd Suprafata membranei difuzorului. Se masoara īn unitati de suprafata (cm2).
Ar mai fi si altii
dar pentru a dimensiona o incinta acustica, trebuie sa cunoastem valorile a cel putin:
fs, Re, Qes, Qms, Qts si Vas.
Binīnteles ca parametri ca suprafata membranei Sd, sau intensitatea cīmpului magnetic īn īntrefier B, nu pot fi considerati ca
fiind contributiile lui Thiele si Small, dar pentru ca au īnsotit mai īntotdeauna restul parametrilor, au primit aceeasi denumire.
2
Ce nu putem masura ?
Teoretic putem masura toti parametrii, dar unii cum ar fi Xmax sau B, nu pot fi masurati direct fara sa demontam difuzorul
respectiv, iar de cele mai multe ori demontarea difuzorului presupune distrugerea lui. Ca sa putem masura Xmax sau B īn mod
direct, ar trebui sa avem acces la īntrefier. Indirect, am putea masura Xmax folosind un laser reflectat de o foita de aluminiu
fixata pe membrana difuzorului. Raza de laser e reflectata pe o bucata de hīrtie gradata. Aplicīnd o tensiune continua
difuzorului, membrana va īncepe sa se deplaseze proportional cu tensiunea. Cīnd am trecut de Xmax, proportia dintre
tensiunea continua si pozitia laserului pe gradatii, se modifica. Ca sa aflam cīt e Xmax ar trebui sa masuram si sa calculam
unghiuri, distante, etc. Cu cīt hīrtia gradata e mai departe de foita de aluminiu cu atīt precizia masuratorii e mai buna. Toata
treaba asta e destul de complicata avīnd īn vedere ca erori mici īn masuratori pot duce la rezultate foarte eronate.
Pentru a īntelege mai bine ce e Xmax am facut desenul de mai jos.
Figura 1.
Aici vedem cele doua tipuri de motoare care sīnt folosite īn mai toate difuzoarele. Cel din stīnga, overhanged e cel mai folosit
design. Celalalt e folosit īn special la unele tipuri de subwoofer-e. E clar ca atīta vreme cīt bobina ramīne cu acelasi numar de
spire īn īntrefier, vom avea o presiune acustica constanta. Cīnd numarul de spire īn cīmpul magnetic B din īntrefier scade, apar
distorsiuni.
Dar sa revenim la tema noastra...
Sīnt mai multe metode pentru masurarea parametrilor Thiele-Small. Toate se bazeaza pe variatia impedantei difuzorului, iar
pentru determinat Vas se cauta modificarea frecventei de rezonanta montīnd difuzorul īntr-o cutie de test cu volum determinat
sau adaugīnd o masa cunoscuta sistemului mobil.
Parametrul Q (factorul de calitate)
Difuzorul este un circuit acordat si din electronica stim ca factorul de calitate al unui circuit acordat este raportul dintre
frecventa de rezonanta fs īmpartita la banda de trecere masurata la -3 dB. Aceeasi metoda e folosita si īn cazul asta, diferenta
fiind ca banda de trecere va fi la -6 dB pentru a micsora erorile de masurare care apar īn cazul unui difuzor cu un Q ridicat.
Pentru a afla acest Q total (Qts), care īn cazul difuzorului e compus din Q mecanic (Qms) si Q electric (Qes), avem nevoie de
graficul variatiei impedantei.
Pentru a masura variatia impedantei difuzorului avem nevoie de urmatorul echipament:
- Generator de semnal sinusoidal de la 5 Hz la 20 kHz.
- Frecventmetru, daca generatorul nu-l are īncorporat.
- Milivoltmetru de tensiune alternativa care sa acopere banda de frecventa a generatorului.
- Ohmetru.
- O rezistenta ne-inductiva de 10 5, cu o putere de 0,5 wati si 1% precizie, pentru calibrarea milivoltmetrului.
- O rezistenta de 1 k5 tot ne-inductiva, cu o putere de 0,5 wati.
Precizia masuratorilor e foarte importanta, de aceea echipamentul de mai sus trebuie sa fie de buna calitate. Toate masuratorile
trebuie facute cu o precizie de doua zecimale. Generatorul trebuie sa aiba tensiunea de iesire constanta indiferent de frecventa.
Īnainte de a-l conecta īn montajul din Figura 2, difuzorul trebuie rodat. Īl lasam sa cīnte cu un semnal de 20 -30 de Hz, la
nivel moderat timp de 12 ore. Procedura asta īnmoaie suspensiile modificīnd īn special fs si Vas cu un oarecare efect si asupra
celorlalti parametri. Īn mod normal, difuzoarele de calitate nu prea īsi modifica parametrii dupa rodaj, de fapt raportul dintre
fs si Qts ramīne aproape constant, de aceea comportarea finala a difuzorului e cam la fel.
3
Procedam dupa cum urmeaza.
1). Masuram cu ohmetrul rezistenta electrica Re a bobinei. Notam pe hīrtie valoarea aflata.
2). Instalam difuzorul la cel putin un metru fata de obstacole... mobile, podea, perdele, corpul uman, etc. Pentru calibrare,
conectam īn locul difuzorului rezistenta de 10 5 asa cum se vede īn Figura 2.
Figura 2.
3). Reglam frecventa din generator īn jur de 100 de herti si ajustam nivelul de iesire pīna citim pe milivoltmetru 10 mV. Astfel
vom citi impedanta direct īn ohmi... 10 mV īnseamna 10 5, 15 mV īnseamna 15 5, etc. Apoi īnlocuim rezistenta de 10 5 cu
difuzorul de masurat.
4). Fara sa modificam nivelul, micsoram frecventa pīna obtinem un maxim de impedanta. O numim Zmax si notam valoarea.
Frecventa la Zmax e frecventa de rezonanta fs... notam pe hīrtie valoarea ei. Pīna acum avem Re, fs si Zmax.
5). Calculam Zref (valoare de referinta),
6). Calculam Zx (valoarea la care mai jos vom afla f1 si f2),
7). Coborīm frecventa din generator pīna citim pe milivoltmetru valoarea calculata Zx. Citim pe frecventmetru valoarea, o
numim f1 si o notam.
8). Urcam frecventa din generator pīna dincolo de fs si ne oprim unde citim pe milivoltmetru a doua oara valoarea Zx. O numim
f2 si o notam pe hīrtie.
Ca sa avem o idee mai precisa, am desenat aici graficul cu elementele descrise mai sus,
Figura 3.
4
Pentru cultura noastra generala... Figura 4 arata graficul variatiei impedantei unui difuzor.
Figura 4.
9). Acum putem calcula:
Asa cum am mai spus, masuratorile trebuie facute cu o precizie de doua zecimale... lucru nu prea usor, avīnd īn vedere ca
valorile citite pe milivoltmetru sīnt influentate de zgomotul ambient (difuzorul e pe post de microfon, iar semnalele au nivele de
ordinul milivoltilor, dupa virgula avem microvolti). De aceea, e bine sa repetam masuratorile de cīteva ori.
Parametrul Vas.
Metoda descrisa mai jos foloseste o masa adaugata, (o greutate atasata masei mobile a difuzorului, menita sa coboare frecventa
de rezonanta fs cu cel putin 25 - 30 %). Personal, am folosit monezi lipite simetric cu banda adeziva īn jurul capacului bobinei
mobile. Monezile si banda adeziva au fost cīntarite īn prealabil, masa totala am numit-o m si am notat valoarea ei. Verificīnd
noua frecventa de rezonanta (am numit-o fs*) am adaugat monezi pīna am obtinut cu 30 % mai putin fata de fs masurat
anterior. Īn cazul woofere-lor cu fs coborīt, fs* va coborī chiar sub 10 herti.
Īnainte de a calcula Vas trebuie sa calculam complianta mecanica Cms si suprafata membranei Sd a difuzorului.
Cms se calculeaza cu,
... unde m este īn kilograme iar Cms e īn metri/Newton.
5
Dupa cum vedem din figura 6, R1 si R2 sīnt
razele trunchiului de con iar h e īnaltimea. Cu
formula asta calculam aria totala din care am
scazut aria bazei conului.
R1
h
R2
S M (R1 + R2) 2 (R1 + R2) h2 M R2
2
Masurarea suprafetei membranei difuzorului.
Un pic de geometrie.
Membrana difuzorului e de fapt un trunchi de con. Marea majoritate a difuzoarelor au conul un pic curbat, dar nu atīt de mult
ca sa modifice calculele de mai jos. Vom calcula suprafata acestuia, la care vom adauga o treime din suprafata suspensiei.
Figura 5.
Figura 6.
La aceasta arie trebuie sa adaugam o treime din aria suspensiei. Masuram diametrul total (plus suspensia), calculam suprafata
cercului respectiv. Scadem suprafata bazei conului calculata īn formula de mai sus, si īmpartim rezultatul la 3. Apoi adaugam
valoarea obtinuta la suprafata S calculata mai sus. Astfel am obtinut valoarea lui Sd.
Acum putem calcula Vas cu formula,
Īn situatia īn care am fi folosit metoda cutiei de test, ar fi trebuie sa calculam volumul trunchiului de con, pe care l-am fi
adaugat la volumul cutiei respective. Rezultatul final depinde de precizia cu care masuram toate aceste dimensiuni.
Ar mai fi si alti parametri care pot fi masurati, dar ce am prezentat aici e minimum necesar. Am īncercat sa fac materialul asta
cīt mai concis si comprehensibil. Bineīnteles ca detaliile despre fiecare procedura, ecuatie, grafic sau desen ar putea ocupa mai
multe pagini. Īntelgerea si folosirea informatiilor prezentate aici presupune un anumit nivel de cunostinte de baza de
electronica, matematica si fizica cīt si operarea diverselor aparate electronice.
Nota autorului:
Folosirea acestui material e numai pentru uz personal. Oricine doreste sa foloseasca īn scop comercial, informatiile, graficele,
desenele sau ecuatiile prezentate aici trebuie sa obtina avizul scris al autorului.
Autorul poate fi contactat
Bibliografie:
Ray Alden, Advanced Speaker Design, Revised First Edition, by Prompt Publications.
Vance Dickason, The Loudspeaker Design Cookbook Sixth Edition, by Audio Amateurs Press Publishers, Peterborough, New
Hampshire.
_____________________________________________________________________________________________________________________________
Autor: Vasile Gorcea
_______________________________________
Reparatii tv !
tel.0729346286
|
|
