Мы расскажем как сделать акустику своими руками

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:

  • 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 Sd2) 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 (механическая гибкость) Cms (метров/ньютон)
  • Механическое сопротивление Rms (кг/сек)
  • Двигательную мощность (произведение индукции в магнитном зазоре на длину провода звуковой катушки) BL (Тесла*м)

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

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

  1. Вольтметр.
  2. Генератор сигналов звуковой частоты. Подойдут программы-генераторы, которые генерируют необходимые частоты. Типа Marchand Function Generator или NCH tone generator. Так как дома не всегда можно найти частотомер, можно вполне доверится этим программам и Вашей звуковой карте, установленной на компьютере.
  3. Мощный (не менее 5 ватт) резистор сопротивлением 1000 ом.
  4. Точный (+- 1%) резистор сопротивлением 10 ом.
  5. Провода, зажимы и прочая дребедень для соединения всего этого в единую схему.
Схема установки измерения для параметров Тиля-Смолла
Рис. 1. Схема для измерений параметров Тиля-Смолла

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

Не забудьте записать не только частоту Fs, но и показания вольтметра Us.

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:

Формулы для измерений параметров Тиля-Смолла
Рис. 2. Формулы для измерений параметров Тиля-Смолла

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

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

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.

Определяют частоты F1 и F2 ниже и выше резонансной частоты Fs, при которых напряжение на зажимах головки принимает некоторое значение U1,2, меньшее Us. Например, U1,2 = 0,7 Us . Вы можете проверить правильность своих измерений следующей формулой:

Формула расчета резонансной частоты динамика
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:

  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. Правда при этом не обойтись без других, не менее важных параметров — Vas, Sd, Cms и L.

Нахождение площади поверхности диффузора Sd

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

Формула площади поверхности диффузора
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 (XL) отстоит от активной Re на угол 900, то можно воспользоваться теоремой Пифагора:

Формула импеданс катушки на определеной частоте
Рис. 6. Формула импеданс катушки на определеной частоте

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

Формула импеданс катушки на определеной частоте
Рис. 7. Формула импеданс катушки на определеной частоте

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

Формула индуктивности катушки
Рис. 8. Формула индуктивности катушки

Измерение 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.

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:

Формула расчета относительной жесткости
Рис. 9. Формула расчета относительной жесткости

где М — масса добавленных грузиков в килограммах.

Исходя из полученных результатов Vas3) рассчитывается по формуле:

Формула расчета эквивалентного объема
Рис. 9. Формула расчета эквивалентного объема

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:

Формула расчета эквивалентного объема методом добавочного объема
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 Cms

Формула расчета механической гибкости динамика
Рис. 11. Формула расчета механической гибкости динамика

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

Определение массы подвижной системы Mms

Она легко рассчитывается по формуле:

Формула расчета массы подвижной системы дианмика
Рис. 12 Формула расчета массы подвижной системы

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

Формула расчета массы подвижной системы дианмика
Рис. 112 Формула расчета двигательной мощности динамика

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.

 

Комментарии 

# Jura 12.10.2006 16:19
Вот оно счастье простому человеку! Теперь все желающие могут из 'подручных' средств рассчитать параметры их динамиков. Наверняка многие захотят переделать свои домашние кинотеатры или центры... Респект создателю. Да и не забудьте сделать фотосессию и прислать на этот сайт фотографии с описанием ваших экспериментов. Всем удачи. Ответить
# PaLyCH 12.10.2006 17:01
Если бы так. Дешевле купить готовые колонки типа BBK, SVEN и другие дешевые марки. Колонки стоимостью более 1000$ не всякие могут позволить. И опять же все, что сделанное своими руками приносит больше радости. Ответить
# Миха 13.10.2006 16:46
>>>Вот решил сам написать статью
Афтор блин, поимел бы совесть то.
Статья целиком передрана. Ответить
# PaLyCH 13.10.2006 17:46
ХМ.... Конечно передрана, с моими добавлениями и мышлениями. Все это взято их трех разных источников. И я не претендую на полные права автора. Я же не профессор, скорее студент. Который берет литературу и пишет диплом Ответить
# Svarshik 15.10.2006 14:01
все равно кто автор,главное интересный материал!кстати ,пала-палыч,в статье проTQWT присланной мной,почему-то открывается JEEN при клике на мое имя :,? просьба отключить(могут неправильно понять) Ответить
# paradoks 02.01.2007 01:07
Измерение методом постояного тока;Здесь можно
сделать оговорку,сделат ь более удобным.
Резистор 1000ом использовать при измерениях на
более высоких частотах (1000-5000гц), и в уже
готовом корпусе СЧ-динамика ,для определения со
противления для расчета фильтра.
В низкочастотной области взять резистор в 100ом.
И будет напряжение не 0,004мв а 0,40мв.Не у каждого есть миливольтметр который меряет эти пределы.Генерат ор должен работать с низкоомной нагрузкой,как вариант Генератор+Усили тель.А вообще как измеритель лучше (только как измеритель) использовать программу SpeakerWorkshop .Данную тематику более подробно освещает А.Шихатов. Ответить
# yof 03.01.2009 18:41
Статья действительно целиком передрана, но учитывая то что в интернете сейчас одних и тех же статей - миллионы :o - ничего, если бы не
>>Вот решил сам написать статью
А я вообще меряю Speaker Workshop'ом, отличные колонки кстати получились на JBL'овских динамиках. И, гораззззздо дешевле, чем те, котрые в магазине ;-) Ответить
# Павел Сайк 03.01.2009 18:47
Товарищ, Цитирую yof:
Статья действительно целиком передрана, но учитывая то что в интернете сейчас одних и тех же статей - миллионы :o - ничего, если бы не

Товарищ, в отличии от тех статей, которыми завален инет, я действительно перерыл несколько книг, и написал свою инструкцию по применению. Ответить
# gek-jek 03.05.2009 10:26
Здрасте а на какой частоте должен стоять генератор во время калибровки Ответить
# Павел Сайк 04.05.2009 13:31
Цитата:
Для этого вместо динамика подсоединяется сопротивление 10 Ом и подбором напряжения, выдаваемого генератором, надо добиться напряжения 0.01 вольта.
Читай внимательно Ответить
# demon970 12.06.2010 20:39
При расчёте Cms понятно в формуле всё кроме pc в квадрате,пожалу йста,что это? Ответить
# demon970 12.06.2010 21:08
И что такое Qt в формуле для BL ? Ответить
# ТЕРА 02.12.2011 21:46
Почему используется резистор именно в 1 кОм??? Немогу достать мощный килоомный резюк. Ответить
# Павел Сайк 02.12.2011 21:49
Можешь и больше использовать. Чем больше тем точнее измерения будут. Если будет другое сопротивление, надо внести поправку в расчеты. Там все написано Ответить
# Владимир2 12.12.2018 14:55
Для новичков надо объяснить на какой частоте стоит генератор при калибровке, а так же, что значит " динамик в свободном пространстве". И не надо давать ответы; ....читайте внимательно..., ....это очевидно... и т.д.. Всё надо "разжевать", если хотите, что бы вашей статьёй пользовались. Ответить
# Павел Сайк 12.12.2018 15:10
Согласен, подразумевает что поблизости от динамика нет объектов, которые могут отражать звук. Например, если у вас ексть большая комната, то динамик разместить в центре её Ответить
# jas57 21.09.2019 19:49
Ошибка в формуле расчёта эквивалентного объёма Ответить
# Павел Сайк 06.10.2019 17:37
А точнее? Спасибо Ответить

Добавить комментарий

Что бы вы хотели почитать?

Итоги
Последние комментарии
  • А вы правы, наш косячок. Внесли правки Подробнее...
    By Павел Сайк
  • Tara Labs cascade noise - "убийца" акустики и науш... Подробнее...
    By Пух
  • Искали информацию. Но нашли только патент. В конце... Подробнее...
    By Павел Сайк
  • Это я так понимаю концепция. А кто-нибудь такой из... Подробнее...
    By Михаил
  • Ну мы тут все идиоты, не поспоришь даже. Но по сущ... Подробнее...
    By Павел Сайк
Наверх