Не раз приходилось на вопрос "А как измерять параметры ТС?" отправлять людей в гугл, или сторонние порталы, и наконец, мне это надоело...
В общем в данном топе хочу привести 2 способа измерения ТС. Оговорюсь сразу, материал взят на просторах интернета. Но на мой взгляд оба способа вполне рабочие и точны.
И так, перед измерением параметров динамик необходимо "размять". Дело в том, что у неработающего определенное время динамика или у нового динамика параметры будут отличаться, от тех которые мы измерим после того как динамик отыграет определенное время и будет регулярно работать. Поэтому смысл размятия динамика и заключается в получении достоверных параметров измерений.
Самыми основными параметрами, по которым можно рассчитать и изготовить акустическое оформление (корпус, 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
D (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 резонансной частоты Fs, добротности динамика Qts и ее составляющих электрической и механической добротности Qes, Qms:
Метод 1
Для проведения измерений этих параметров вам понадобится следующее оборудование:
Вольтметр
Генератор сигналов звуковой частоты (это можно сделать при помощи компьютера и программного генератора ЗЧ)
Частотомер
Мощный (не менее 2 ватт) резистор сопротивлением 1000 ом
Точный (+- 1%) резистор сопротивлением 10 ом
Провода, зажимы и прочая паяльная утварь
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 (программный ГЗЧ), способное генерировать синусоидальные сигналы от 0 до 200Гц требуемой мощности.
Собираем конструкцию вот по этой схеме:
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.
Внимание! После калибровки регулировать выходное напряжение генератора (усилителя) НЕЛЬЗЯ до окончания всех измерений!
Определение Fs и Rmax:
Динамик при этом и всех последующих измерениях должен находиться в свободном пространстве, обычно его подвешивают (обычно на люстре) подальше от стен и различныз предметов. Резонансная частота динамика находится по пику его импеданса (Z-характеристике). Для ее нахождения плавно увеличивайте частоту генератора, начиная примерно с 20Гц, 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.
Определение Qms, Qes и Qts:
Эти параметры определяются 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.
Определение сопротивление обмотки головки постоянному току 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.
Метод 2
Схема измерений такая же как и в первом методе, элементы то же такие же: резистор на 1кОм и - генератор, либо генератор звуковой частоты способный выдавать напряжение 10-20В, либо сочетание генератор-усилитель, удовлетворяющее тому же требованию.
Размещаем динамик вдали от стен, потолка и пола (часто рекомендуют подвешивать). Подключаем вольтметр к точкам
А и
С (т.е. к выходу усилителя), и устанавливаем напряжение равным 10-20 В на частоте 500-1000 Гц.
Подключаем вольтметр к точкам
В и
С (т.е. непосредственно к контактам динамика) и изменяя частоту генератора находим частоту, на которой показания вольтметра максимальны.
Это и есть частота собственного резонанса динамика
Fs. Записываем
Fs и
Us-показания вольтметра.
Изменяя частоту вверх относительно
Fs, находим частоты, на которых показания вольтметра постоянны и значительно меньше
Us (при дальнейшем повышении частоты напряжение опять начнет увеличиваться, пропорционально увеличению импеданса динамика). Запишем это значение,
Um.
График импеданса динамика в свободном пространстве и в закрытом ящике выглядит приблизительно так:
Вычисляем напряжение
U12 по формуле:
Изменяя частоту, добиваемся показаний на вольтметре соответствующие напряжению
U12 находим частоты
F1 и
F2.
Вычисляем Акустическую или механическую добротность по формуле:
Электрическую добротность:
И, на конец, полную добротность:
Измерения эквивалентного объема 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.
Определение эквивалентного объема 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 (1 дюйм равен 2,54 см). Я советую всё же использовать не монеты, ибо к примеру на 100грамм понадобится аж 20штук 5-копеечных монет! А это согласитесь не очень удобно, по этому желательно использовать обычный пластилин, необходимый вес которого подгоняется при помощи аптечных весов.
Итак эквивалентный объем вычисляется по формуле:
где:
Sd - эффективная излучающая поверхность диффузора, м2;
Cms - относительная жесткость
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.
Рассчитываем относительную жесткость
Cms на основе полученных результатов по формуле:
м/Н (метров/Ньютон)
где
М - масса добавленных грузиков в килограммах.
Определение эквивалентного объема методом добавочного объема:
Для определения эквивалентного объема динамика методом добавочного объема герметичный измерительный ящик с круглой дыркой совпадающей по размеру с диаметром диффузора динамика. Объем ящика лучше выбрать ближе к тому, в котором мы потом собираемся этот динамик слушать. 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. герметизируем все щели.
Затем нужно произвести измерения
Fс (резонансной частоты динамика в закрытом ящике) и, соответственно, вычислить механическую и электрическую добротность
Qmc и
Qec и добротность динамика в измерительном ящике
Qts' (
Qtс). После чего уже вычисляем эквивалентный объем по формуле:
Практически с теми же результатами можно использовать и более простую формулу:
где:
Vb - объем измерительного ящика, м3
Выполняем проверку вычисляем:
и если измеренная в ящике
Qts=Qtc, ну или почти равна, значит - все сделано правильно, и можно переходить к проектированию акустической системы.
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 -
Sd,
Cms и
Lе.
Полученных в результате всех этих измерений данных достаточно для дальнейшего расчета акустического оформления низкочастотного звена достаточно высокого класса.
Нахождение дополнительных параметров Сms, Re, Sd, Lе
Определение относительной жесткости Cms:
Определение относительной жесткости описано в методике определения эквивалентного объема
Vas методом добавочного массы (см. выше), и вычисляется по формуле:
м/Н (метров/Ньютон)
где:
М масса грузика, г;
Fs резонансная частота головки, Гц;
F's резонансная частота головки в нагруженном состоянии под грузом М, Гц
Нахождение сопротивления обмотки головки постоянному току Re:
Сопротивление головки постоянному току
Re определяется на частоте близкой к 0 Гц или измеряется и непосредственно омметром
Нахождение площади диффузора 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 Lе:
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
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:
Найдя реактивное сопротивление
XL на частоте
F можно рассчитать и саму индуктивность по формуле: