как узнать параметры тиля смолла динамика

Параметры Тиля — Смолла (Fs, Qts, Vas)

Тиль и Смолл

Тиль и Смолл это два ученых, которые сформировали единый, общепринятый подход к вычислению характеристик низкочастотных динамиков на основе основных параметров (Fs, Qts, Vas).

Невил Тиль/A. Neville Thiele (слева), Ричард (Рихард) Смолл/Richard Small (справа)

Параметры Тиля — Смолла определяют поведение динамика в диапазоне низких частот

Для нас с вами эти параметры очень важны, так как они используются для расчета правильного акустического оформления динамика или проще — для расчета корпуса сабвуфера. Все необходимые данные вы можете найти в технической документации на саб, часто они указываются и на коробках. Ниже мы подробнее рассмотрим основные параметры для понимания звуковых процессов и нюансов при выборе сабвуфера.

Параметры (Fs, Qts, Vas)

Fs — резонансная частота динамика

Резонансная частота (Fs) — частота резонанса сабвуфера без акустического оформления (без корпуса).

Fs меньше 25 Гц считается низкой, а больше 40 Гц — высокой. Резонансная частота зависит от общей жесткости подвеса сабвуфера и массы его подвижной системы. Общая жесткость, в свою очередь, зависит от жесткости центрирующей шайбы и жесткости подвеса диффузора.

Сms — гибкость подвеса подвижной системы динамика, м/Н,

Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг.

Qts — полная добротность

Полная добротность (Qts) — это упругость (контроль) динамика в районе резонансной частоты (Fs).

Другими словами — чем выше добротность, тем сильнее «болтается» саб в районе своей резонансной частоты (Fs), а чем ниже, тем эффективнее колебания гасятся (контролируются).

Складывается из механической добротности, которая зависит в основном от материала центрирующей шайбы, а не подвеса диффузора, как многие думают и электрической добротности, зависящей от величины магнита, длины обмотки катушки и ширины зазора в магнитной системе. От полной добротности механическая составляет 10-15%, а электрическая 90-85%, соответственно.

Низкой добротностью считается значение 0.3-0.35, высокой — 0.5-0.6.

,

,

Fs — резонансная частота динамика, Гц,

Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг,

Rms — механическое сопротивление подвеса подвижной системы (определяет «потери» в подвесе), Н·с/м,

,

Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг,

Fs — резонансная частота динамика, Гц,

Re — сопротивление звуковой катушки, Ом,

Bl — коэффициент электромеханической связи (индукция поля в магнитном зазоре умноженная на длину провода звуковой катушки), Тл·м.

Vas — эквивалентный объем

Эквивалентный объем (Vas) — объем воздуха в корпусе, обладающий той же упругостью, что и сабвуфер. Зависит от жесткости подвеса и площади диффузора (диаметра) динамика.

Чем больше диаметр и мягче сабвуфер, тем больше Vas.

Нужно отметить особенность связи Vas и Fs. Так как, резонансная частота (Fs) определяется жесткостью подвеса и массой подвижной системы, а эквивалентный объем (Vas) — диаметром диффузора и той же массой подвижки, может получится, что два сабвуфера одного диаметра и с одинаковой Fs будут совершенно разными — один тяжелый и жесткий, другой легкий и мягкий. Соответственно, эквивалентный объем для этих динамиков будет совершенно разным, как и размер правильного корпуса — вот почему данный параметр очень важен при расчетах короба для саба.

Vas — эквивалентный объем, л,

,

Видео

Читать еще:

Жмите на кнопку чтобы поделиться материалом:Нажмите кнопку, чтобы поделиться материалом:

Источник

Измерение параметров Тиля-Смолла в домашних условиях

Вот решил сам написать статью, весьма важную для акустиков. В этой статье хочу описать способы измерения самых важных параметров динамических головок — параметры Тиля-Смолла.

Помните! Приведенная ниже методика измерения параметров Тиля-Смолла в домашних условиях действенна только для измерения параметров Тиля-Смолла динамиков с резонансными частотами ниже 100Гц (т.е. низкочастотных динамиков), на более высоких частотах погрешность возрастает.

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

Для более серьезного подхода понадобится еще знать:

Большинство параметров Тиля-Смолла 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. Для еще более серьезного подхода к проектированию акустического оформления и учета характеристик динамиков рекомендую читать более серьезную литературу.

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.

Измерение параметров Тиля-Смолла R_e, F_s, F_c, Q_es, Q_ms, Q_ts, Q_tc, V_as, C_ms, S_d, M_ms.

Для проведения измерений параметров Тиля-Смолла вам понадобится следующее оборудование:

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 сопротивления постоянному току R_e

Теперь, подсоединив вместо калибровочного сопротивления динамик и выставив на генераторе частоту, близкую к 0 герц, мы можем определить его сопротивление постоянному току R_e. Им будет являться показание вольтметра, умноженное на 1000.

Впрочем, R_e можно замерить и непосредственно омметром.

Нахождение резонансной частоты динамика F_s и R_max

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 U_s на вольтметре будет максимальным (дальнейшее изменение частоты будет приводить к падению напряжения) и будет являться частотой основного резонанса F_s для этого динамика. Для динамиков диаметром больше 16 см эта частота должна лежать ниже 100 Гц.

Не забудьте записать не только частоту F_s, но и показания вольтметра U_s.

Умноженные на 1000, они дадут сопротивление динамика на резонансной частоте R_max, необходимое для расчета других параметров.

Нахождение Q_ms, Q_es и Q_ts

Эти параметры находятся по следующим формулам:

Рис. 2. Формулы для измерений параметров Тиля-Смолла

Как видно, это последовательное нахождение дополнительных параметров R_o, R_x и измерение неизвестных нам ранее частот F₁ и F₂.

Рис. 3. График зависимости сопротивления постоянному току от резонансной частоты

Это частоты, при которых сопротивление динамика равно R_x. Поскольку R_x всегда меньше R_max, то и частот будет две — одна несколько меньше F_s, а другая несколько больше.

Рис. 4. Формула расчета резонансной частоты динамика

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:

Нахождение площади поверхности диффузора S_d

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

Рис. 5. Формула расчета площади поверхности диффузора

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 (X_L) отстоит от активной R_e на угол 900, то можно воспользоваться теоремой Пифагора:

Рис. 6. Формула импеданс катушки на определеной частоте

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

Рис. 7. Формула импеданс катушки на определеной частоте

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

Рис. 8. Формула индуктивности катушки

Измерение эквивалентного объема V_as

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 V_as 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 F_s. 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 C_ms на основе полученных результатов по формуле:

Рис. 9. Формула расчета относительной жесткости

где М — масса добавленных грузиков в килограммах.

Исходя из полученных результатов V_as(м 3 ) рассчитывается по формуле:

Рис. 9. Формула расчета эквивалентного объема

Нахождение V_as 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 V_b.

Затем нужно произвести измерения Fс (резонансной частоты динамика в закрытом ящике) и, соответственно, вычислить Q_mc, Q_ec и Q_tc. Методика измерения полностью аналогична описанной выше. Затем находится эквивалентный объем по формуле:

Рис. 10. Формула расчета эквивалентного объема методом добавочного объема

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.

Определение механической гибкости C_ms

Где S_d — эффективная площадь диффузора с номинальным диаметром D. Как вычислять написано ранее.

Определение массы подвижной системы M_ms

Она легко рассчитывается по формуле:

Рис. 12 Формула расчета массы подвижной системы

Двигательную мощность (произведение индукции в магнитном зазоре на длину провода звуковой катушки) BL

Самое главное не забывайте, что для более точных значений измерения параметров Тиля-Смолла необходимо проводить эксперимент несколько раз, а затем путем усреднения получать более точные значения.

Калькулятор расчета параметров Тиля-Смолла

В калькуляторе параметры набирать через точку, ноль перед точкой вводить не обязательно.

Источник

LIMP software – измерение параметров Тиля-Смолла

Если самодельщик собирает, ремонтирует, проверяет и т.п. АС (акустические системы), то он обязан иметь измерительный инструмент, хотя бы по минимуму. Поскольку здесь любители, этот инструмент должен быть по возможности бесплатным и простым в освоении и пользовании, но иметь достаточные для любителей качества.

Начну с программы LIMP она входит в пакет LIMP+ARTA. Первая служит для измерений двухполюсников (резисторы, конденсаторы, катушки и т.д.), параметров Tille-Small Qts, Fs, Vas. Измерения делаются быстро, удобно и точно. Делать вручную – это садомазохизм, да и точность будет ниже. Программу можно скачать по ссылке artalabs.hr/download.htm, она бесплатна и полностью функциональна кроме загрузки и сохранения файлов. Но есть клавиша PrintScreen, а при небольшом желании легко найти номер для регистрации. Там же есть подробные инструкции, все на английском. Ради простоты я буду широко пользоваться ими.

Советую скачать и установить программу, ознакомиться с ее кнопками и возможностями. Но не стоит особо трогать настройки, а использовать по-максимуму режимы по умолчанию. В частности, я сбил у себя калибровку чувствительности, лучше не трогать такие вещи.

Чтобы приступить к работе нужен компьютер (ноутбуки, наколенники, напалечники и т.п. – это эрзац-компьютеры, могут быть проблемы со звуковыми картами, возможно потребуется внешняя звуковая карта, а пока годится старенький десктоп), звуковая карта, очень желательно линейным, а не микрофонным входом (чем часто болеют ноутбуки). И поначалу (для пробы) надо собрать схему 3.1 (из описания):

Советую заранее найти штекеры 3,5 мм и экранированные провода подлиннее (хотя бы 1 метр) для дальнейшего удобства. Вместо резистора 47 Ом лучше сразу взять 20-30 Ом/0,5 Вт и проводочки с крокодильчиками для динамика и других деталей – сначала надо научиться измерять детали с известными номиналами. По части железа поначалу всё. На перспективу нужен модуль УНЧ с питанием 12 В (0,5 А или более).

Подключите динамик, нажмите кнопку с красным треугольником REC, и если всё сделано правильно, получите примерно такую картинку:

Обратите внимание какие у меня нажаты кнопки и выбраны опции. Внимание. Сначала – так! По мере освоения делайте по-своему.

Для получения таблицы с параметрами Тилле-Смолла нужно нажать сверху Анализ и Сlosed box method. Вот и все, мы получили параметры быстро, точно и правильно одним нажатием кнопки. Результат надо сохранить, для этого есть кнопка для сохранения файлов в графических форматах и с комментариями:

В дальнейшем вы будете получать информацию по одному внешнему виду. Обратите, например, внимание на прыщик на частоте 550 Гц и дрыгание фазы. Думаю, это переход диффузора из поршневого диапазона или какой-то механический резонанс.

Возможностей программы много и не все очевидны. Например, можно подбирать идентичные пары из кучи, видеть когда диффузор затирает, когда есть дефекты механической системы и много всего.

Калибровка

Программу нужно настроить и проверить на кошках (резисторах). Я скачал и установил новую версию LIMP.

Образцовый канал – Right или Left. Можете методом тыка. При неправильном указании ошибка измерения очень велика.

Референсный – единственный резистор, который мы подключаем. Тип МЛТ или аналог, мощность 0,5 Вт (можно выше). НЕ проволочный! Усреднение лучше Exp. А вот число усреднений надо менять в процессе. 1 – быстро, но чуть неточно, 10 – десять повторений, в 10 раз дольше, картинка более красивая, гладкая.

Нагрузку пока к зажимам измерительной приставки не подключать. При превышении уровня он покраснеет, но и это на результатах не скажется. Если уровни в каналах резко разные, ищите плохой контакт, ошибки в монтаже. Жмём Calibrate и получаем:

Давим “ОК”. LIMP откалиброван. Калибровку надо периодически проверять (после отключений-подключений приставки). Теперь на свободу с чистой совестью. Напоминаю, что в микшере записи выбрать линейный вход и установить уровень от середины до максимума методом научного тыка.

Начало измерений

Суём в зубы крокодилам резистор 20 Ом/1 Вт. Нажимаем на красный треугольник, зажигается красный квадрат и ждем нового появления треугольника.

Курсор по умолчанию на частоте 20 Гц, это почти постоянный ток. Щелчком мыши по экрану можно выбрать любую частоту. Верхняя серая линия – фаза, сейчас 0°, т.к. резистор не проволочный. При измерениях других деталей фаза будет ого-го как плясать. Подключаем резистор С5-16 сопротивлением 1 Ом/1%, сделано в СССР:

Хорошая точность нашего устройства и резистора. Неплохой тестер ЕТ8102 врет, вместо 1 Ом показывает 0,8-0,9 Ом и 20 Ом менее точно.

Итак, мы получили измеритель более точный, чем тестер среднего класса, а главное – это измеритель импеданса т.е. сопротивления на любой частоте в звуковом диапазоне. Обратите внимание, что на 20 кГц есть заметный сдвиг фазы, это на метровом проводе, а вы говорите – кабели абсолютно не влияют… Ну-ну.

Компенсация кабеля

При измерении акустики потребуется длинный кабель, минимум 1 метр, удобнее 2-3 м. Он вносит свой вклад показания и его надо убрать. Сверху красно-синий флаг “компенсация кабеля”. Каждый раз, доставая и подключая приставку, перед измерениями надо повторить калибровку.
После этого подключаем измерительный кабель и закорачиваем его на конце.

Черная линия – импеданс (сопротивление) кабеля, ось ординат слева (в Омах). Серая линия – сдвиг фазы, ось ординат в градусах справа.

Сразу предупреждаю, что при очень низком импедансе около 0 Ом (0,2 Ома – это не ноль), фаза пляшет. Это нормально. По моим прикидкам LIMP предназначена для измерения R=1…100 Ом, C=1…100 мкФ, L=0,1…10 мГн. То есть диапазон 100 раз (фактически больше) и номиналы именно “для колонок”.

Надо нажать флажок и методом научного тыка установить сопротивление и индуктивность кабеля, добиться минимального сопротивления и сдвига фазы. С первым – просто, со вторым надо повозиться. ОБЯЗАТЕЛЬНО поставить галочку “вычитать при измерениях”. Кнопка с флажком будет вдавлена.

Теперь подключаю 6,5 м самого плохонького акустического кабеля, сечением 0,75 мм 2 и измеряю уже с компенсацией:

Зеленая линия внизу – измерения измерительного входа при его замыкании – 0,01 Ом. Чёрная – акустический кабель 1,2 Ом. Серая линия – сдвиг фазы в акустическом кабеле. Я бы осторожно относился к этим градусам, но эффект есть.

Далее взял два советских резистора ПЭВ-10 сопротивлением 100 Ом и 200 Ом:

Видно. что сдвиг фазы ничтожен, на уровне погрешности. Оказалось, что индуктивность этих “катушек” практически не влияет.

Измерения динамика и его параметров Т-С

LIMP позволяет определить Fs (резонанс) и Q (добротность) одним измерением, без дополнительного ящика или груза. Пример с НЧ динамиком 10 ГД-30Е (очень удачный экземпляр). Процедура все та же что описана выше, но вместо резисторов подключаем измеряемый динамик.

Обращаю внимание, что резонанс – при переходе фазы через ноль. Обращаю внимание на нажатые галочки. Диаметр выбран по гофру и в данном случае он ни на что не влияет. Измерения каждого динамика надо сохранять в файл [.lim] с соответствующим именем и пояснениями.

По Qts и Fs уже можно определить куда ставить данный динамик, если ставить вообще. А вот для определения объема ящика, надо знать эквивалентный объем динамика (Vas). В LIMP предусмотрено 2 метода расчета:

Желательно (для большей точности), чтобы частота резонанса в ящике при этом изменилась на 30-50%. Что я и сделал поместив динамик в ящик объемом 33 литра. Результат тоже сохранил под именем 33l.lim

Затем в LIMP надо загрузить первый файл (без ящика), пометить его как Overlay, затем второй файл “в ящике” (можно поменять порядок первый-второй) и нажать кнопку “Analize”, в открывшемся окне Calculate. Вот что получилось:

Обратите внимание, что все интересующие нас параметры записаны без “семи знаков после запятой”. На основании этих данных в JBL Speakershop прикидываем варианты ящиков для этого динамика.

LIMP позволит рискнуть пилить ящик не вслепую и под конкретные динамики!

Автор: Сергей (KSV) тема поддержки на форуме

1 комментарий: LIMP software – измерение параметров Тиля-Смолла

Хочу поблагодарить Сергея за подготовленный материал.
Так же нужно отметить, что весь процесс намного проще чем кажется. И при небольшой сноровке измерения можно проводить очень быстро.

Источник