» » » Как определить параметры динамика? Мерим Тиля - Смолла

 
 
 
6

Как определить параметры динамика? Мерим Тиля - Смолла

Разместил Datagor 27 июня 2008. Просмотров: 84 806

Хочется собрать сабвуфер, да не простой, а грамотно рассчитанный. В этих расчетах уже все поднаторели: и установщики, и любители, и программ тоже вроде хватает, например JBL SpeakerShop. Одно только «но» — без параметров Тиля-Смолла далеко не уедешь.

К сожалению, недорогие и тем особенно интересные динамики часто попадают в руки вообще без каких-либо цифр. Бывает и так, что характеристики вроде есть, но разные, в зависимости от года выпуска. Это встречается даже у известных производителей.
В общем, умение измерять эти величины лишним не будет.
Традиционные методы измерения описаны во многих источниках и секрета не представляют. Более того, в упомянутой выше программе JBL SpeakerShop есть удобный «мастер», который избавляет от необходимости вручную рассчитывать промежуточные и окончательные значения напряжений, частот и добротностей: нужно собрать приведенную там схему и действовать в соответствии с указаниями программы.

Я сам неоднократно пользовался этой методикой, все здорово, только для измерений требуются:
а) генератор,
б) частотомер,
в) вольтметр переменного тока,
г) усилитель низкой частоты.

Думаю, что где-нибудь к пункту в) из этого списка исследовательский пыл у многих уже малость поугас. Но это еще не все. Сам процесс измерений, постоянная «ловля» требуемых значений частот и напряжений способны утомить даже флегматика: на один динамик уходит в лучшем случае полчаса. Обидно тратить время на такую рутину, поэтому, когда я наткнулся на программу SpeakerWorkShop, радости не было предела.

Замечательно, нужны только компьютер со звуковой платой и элементарные кабели. Первые несколько дней я честно пытался делать все так, как велит инструкция. Тут меня ждало разочарование. То есть сама по себе программа хорошая, но вот ее help — это что-то. Прочитал его, наверное, раз двадцать, пробовал и так, и этак, но так ничего и не получилось. Что поделать — бесплатный софт сродни сыру той же цены.

Несколько месяцев я продолжал измерять «три цифры» обычными способами, пока на сайте, на котором находится сама программа, не появилась новая ссылка. Спасибо чемпиону РАСКА среди любителей Косте Никифорову за то, что сказал о ней. Предлагаемое ниже описание — мой собственный, упрощенный вариант приставки и краткая инструкция по работе с программой.

Бывает в жизни — как приклеится к человеку прозвище, так и преследует до конца дней его. Вот и с прибором, который буду ниже описывать, тоже такое случилось — «коробочка», да и все тут. Как я ни пытался выдумать более наукообразное название, ничего не вышло. Схема приведена на рис. 1


рис. 1

Некоторые комментарии по поводу применяемых элементов.
X1 — разъем, подключаемый к выходу усилителя мощности (Spkr Out) звуковой карты, обычно «мини-джек». Сигнал правого и левого канала с усилителя одинаков, поэтому можно использовать любой контакт разъема. При использовании внешнего усилителя подключать одновременно этот разъем к выходу звуковой платы НЕЛЬЗЯ!

X2, X3 понадобятся, если вы будете использовать внешний усилитель мощности. Это более предпочтительный вариант, правда, чуть более громоздкий. Подойдут «колоночные» клеммы, желательно винтовые. Кроме того, в случае использования внешнего усилителя потребуется дополнительный кабель «мини-джек — два тюльпана».

X4, X5 — клеммы, аналогичные X2, X3. К ним будет присоединяться объект исследования. Очень полезно продублировать эти клеммы парой «крокодилов».

X6 — «мини-джек», который будет подключен ко входу Line-In звуковой платы. Распайку правого и левого канала я не привожу — пока соедините как получится, уточним позднее. Провод к разъему нужно брать экранированный.

R1, R2 — резисторы, используемые в качестве эталонных при калибровке программы. Номиналы особой роли не играют и могут быть от 7,5 до 12 Ом, например типа МЛТ-2.
R3 — это резистор, с величиной которого программа «сравнивает» неизвестный импеданс. Поэтому номинал этого резистора должен быть соизмерим с исследуемым. Если в основном предполагается измерять автомобильные динамики, величину R3 можно взять около 4 Ом. Мощность можно выбрать такую же, как для R1.

R4, R5, R6, R7 — любой мощности. Сопротивления могут несколько отличаться от указанных, важно лишь, чтобы R4/R6 = R5/R7 = 10...15. Это делитель, который ослабляет сигнал на входе звуковой карты.

SA1 служит для выбора между двумя эталонными сопротивлениями. Он используется только при калибровке. Можно использовать тумблер, я поставил П2К, соединив параллельно несколько секций.

SA2, пожалуй, самый ответственный. Важно, чтобы он обеспечивал надежный и стабильный контакт, от этого во многом зависит точность результатов.

Итак, «коробочка» собрана. Теперь потребуется омметр, причем максимально возможной точности, желательно измерительный мост. Необходимо установить переключатели во все положения согласно таблице и измерить указанные сопротивления.
 положение
переключателя
положение
переключателя
сопротивлениесопротивление
 SA1SA2X4-X5X2-X4
CAL1ВерхнееНижнее104
CAL2НижнееНижнее54
LOOPЛюбоеВерхнееБесконечность0
IMPЛюбоеСреднееБесконечность4

Обращаю внимание на то, что при работе потребуются именно реально измеренные значения сопротивлений. Их, а также назначение всех переключателей и входов-выходов лучше всего написать прямо на корпусе — на память надеяться не советую.

Принцип работы системы очень прост. Шумовой сигнал, формируемый программой, подается через усилитель на исследуемый объект через резистор R3 известного сопротивления. Программа сравнивает напряжение на одном канале (верхний вывод R3) с напряжением на другом (нижний вывод R3 и верхний — измеряемого объекта). Гениальная простота идеи состоит в том, что для расчета неизвестного импеданса используются не абсолютные величины напряжений, а их отношение. Благодаря предварительной калибровке по заведомо известным сопротивлениям (R2 и R2-R1) достигается вполне приемлемая точность измерений.

Теперь можно присоединить «коробочку» к звуковой плате. Для первого раза не стоит использовать внешний усилитель: чтобы понять принцип работы, он особо не нужен. А когда принцип станет ясен, его подключение вопросов уже не вызовет.

Настройка программы
Возможно, кому-то описание настройки покажется излишне подробным, но, как показывает практика, удобно, когда весь процесс описан по порядку, а не по принципу «это вы и так знаете, здесь все очевидно, в общем, умные — сами разберетесь».

После первого запуска программы нужно проверить, поддерживает ли ваша звуковая плата «полностью дуплексный режим», т. е. позволяет ли одновременно воспроизводить и записывать звук. Для проверки нужно выбрать пункт меню Options-Wizard-Check sound card. Дальнейшие действия программа проделает самостоятельно. Если результат отрицательный, придется искать другую плату или обновлять драйвер.

Если все в порядке, откройте Volume Control (Регулятор уровня). Выбрав Options-Properties, установите Mute на все регуляторы, кроме Volume Control и Wave. Необходимо отключить все «лишние» опции, вроде Enhanced Stereo и темброблока. Регулятор громкости установите в среднее положение. В завершение переместите окно Volume Control, как показано на рисунке 2.


рис. 2


рис. 3

Теперь откройте еще одну копию Volume Control. Выберите Options-Properties, установите режим записи (Recording). Имя окна изменится на Recording Control (Уровень). Аналогично вышеописанному поставьте Mute на все регуляторы, кроме Recording и Line-In. Регулятор уровня поставьте в положение максимума. Потом, возможно, уровень потребуется изменить, но об этом позже. Переместите окно Recording согласно рисунку.

Один из самых ответственных этапов настройки — правильно выбрать входные и выходные уровни сигналов. Для этого создайте новый сигнал, выбрав пункт Resource-New-Signal. Дайте ему какое-нибудь имя, например sign1. По умолчанию будет выбран синусоидальный тип сигнала (Sine), что нас вполне устраивает. Имя нового сигнала должно появиться в окне проекта (то, что слева).

Для того чтобы что-то сделать с сигналом или динамиком, его нужно обязательно открыть. Думаете, для этого достаточно двойного щелчка? Вот тут таится одна из особенностей интерфейса программы: для открытия ресурса требуется сначала щелкнуть на имени ресурса левой кнопкой мыши, затем либо выбрать пункт Open из меню, появляющегося при нажатии правой кнопки, либо нажать F2 на клавиатуре. Вновь нажмите правую кнопку и войдите в Properties. Там нужно выбрать закладку Sine и ввести значение частоты 500 Гц. Фаза сигнала — 0. OK.

Установите переключатели «коробочки» в положение LOOP (согласно таблице). Убедившись в том, что сигнал открыт, войдите в меню Sound-Record — появится диалог Record Data. Введите туда те значения, которые приведены на рис. 3. Нажмите OK; если к клеммам Test подключен динамик, раздастся кратковременный «шип».

Посмотрим на дерево проекта. Там появится несколько новых объектов с именами, начинающимися с sign1. Откройте ресурс с именем sing1.in.l. На появившемся справа графике нажмите правую кнопку мыши и выберите Chart properties. Выберите закладку X Axis и установите в разделе Scale максимальное значение, равное 10. Затем выберите Y Axis и установите диапазон значения Minimum и Maximum — 32 K и 32 K соответственно. Нажмите OK. График должен выглядеть как 4,5 периода синусоидальных колебаний. Проделайте все то же самое с ресурсом sing1.in.r.

Теперь нужно выяснить уровень выходного сигнала, при котором наступает ограничение. Для этого понемногу увеличивайте уровень регулятором громкости, повторяя каждый раз процедуру записи (пункт меню Sound-Record Again) и анализируя графики sign1.in.r и sign1.in.l. Как только появится видимое ограничение амплитуды (обычно при уровнях ~20 K), нужно немного уменьшить уровень сигнала. На этом процесс установки уровня можно считать законченным.

В оригинальной методике автор предлагает проверить теперь соответствие левого и правого каналов. Я это делал, но впоследствии оказалось, что их пришлось поменять местами. Так что лучше перейти сразу к калибровке программы по известным сопротивлениям — там «правый-левый» заодно и проверим.

Для начала убедитесь в том, что к тестовым клеммам (X4, X5) ничего не подключено. Затем откройте меню Option-Preferences и выберите там закладку Measurements. Установите Sample Rate в крайнее правое положение, а Sample Size — равным 8192. Громкость надо сделать равной 100. В дальнейшем при реальных измерениях для большей точности нужно устанавливать больший Sample Size. Правда, при этом возрастает размер файла. Точность можно повысить, уменьшив Sample Rate, — при этом снизится верхняя граничная частота измерений, но для сабвуферов это совершенно неважно.

Теперь надо проверить разбаланс каналов. Для этого выберите пункт Option — Calibrate-Channel Difference и нажмите кнопку Test. Дальнейшие действия подскажет программа. Результаты проверки будут находиться в разделе Measurement.Calib папки System (в окне проекта). Какие точно значения должны получаться, я не знаю, на практике разбаланс выходит порядка десятых долей (в безразмерных единицах), а уровень сигнала на выходе каждого из каналов при этом — в районе 20000 этих же единиц. Думаю, такое соотношение можно считать приемлемым.

Дальше — самое интересное. Мы будем измерять заведомо известные сопротивления. Войдите в пункт Options-Preferences и выберите закладку Impedance. В поле Reference resistor введите измеренную величину сопротивления между клеммами X2 и X4. В соседнее поле (Series resistor) можно ввести значение, например 0,2, программа потом сама подставит туда то, что сочтет нужным. Теперь нажмите кнопку Test. Установите переключатели «коробочки» в режим CAL1 и введите измеренное на клеммах значение эталонного сопротивления R2. (Вы его уже забыли? А я ведь советовал записать.) Нажимаем кнопку Next и повторяем то же самое, но в режиме CAL2. Кстати, советую при калибровке и измерениях постоянно следить за индикатором, который находится возле регулятора уровня. При появлении там «красных делений» я слегка уменьшаю уровень громкости. После этого нужно повторить калибровку. Поначалу процесс освоения длится долго, но через пару сеансов работы с программой все настройки нужно будет в основном контролировать. Это занимает всего несколько минут.

Итак, программа выдала, каковы, на ее взгляд, значения Reference и Series резисторов. Если отличия от введенных нами величин небольшие (например, 4,2 ома вместо 3,9) — все замечательно. Можно пройти для верности процесс еще разок и приступить к реальным измерениям. Если программа выдает явный бред (например, отрицательные значения) — значит, надо поменять местами правый и левый каналы в разъеме X6 и повторить настройку заново. После этого, как правило, все становится нормально, хотя у некоторых коллег наблюдалось устойчивое нежелание программы настраиваться. То ли звуковая карта какая-то не такая, то ли еще что — не знаю. О встретившихся сложностях и найденных путях их преодоления сообщайте, оформим в виде FAQ (чувствую — придется).

Вроде настроились. Можно начать пожинать плоды своего труда. Берем какой-нибудь конденсатор или катушку индуктивности, щелкаем тумблер в положение IMP, выбираем созданный ранее сигнал sign1, пункт меню Measure-Passive Component... Есть результат? Должен быть. Не знаю, кто как, а я испытываю какую-то первобытную радость, когда вижу, что программа сама распознала, что за компонент я подключил, и выдала его значение «в простой письменной форме».

Точность измерений пассивных компонентов, по скромным оценкам, составляет 10—15%. Для изготовления кроссоверов этого, на мой взгляд, вполне достаточно.

Теперь переходим к динамикам. Здесь все так же легко и просто. Создаем новый динамик (Resource-NewDriver), указываем ему имя, открываем (напоминаю, клавиша F2). Теперь изучаем меню Measure. В принципе программа (ее подсказка) советует получить импедансы динамика в свободном состоянии (Fre — Air), затем в закрытом ящике, ввести значение объема ящика в Properties этого динамика, а затем рассчитать параметры Тиэле — Смолла (для этого, открыв динамик, нужно войти в меню Driver Estimate Parameters). Тут, однако, я встретил еще один подводный камень, поскольку значение эквивалентного объема программа считать отказывается (остается значение по умолчанию, 1000 л). Не беда, из двух графиков импеданса берем значения резонансных частот Fs и Fc и считаем Vas вручную по известной формуле: Vas=Vb•((Fc/Fs)2-1). Кто-то уже, наверное, ворчит, дескать, вот еще, самому что-то считать приходится — советую вспомнить, сколько вычислений производится при полностью «ручном» методе определения параметров. Вообще-то я надеюсь, что в последующих версиях программы эта и другие досадные ошибки будут устранены.

Заодно и ссылку даю на сайт программы. Посетите, там же, кстати, и оригинальное описание «коробочки» находится.



Приведу результат еще одного эксперимента, который я придумал, чтобы проверить «собственную АЧХ» всего измерительного комплекса. Для этого я взял постоянный резистор, но обманул программу, указав ей, что это якобы динамик. После этого попросил снять характеристику импеданса этого резистора (см. рис. 4). По графику видно, что даже при использовании усилителя звуковой карты погрешности, зависящие от частоты сигнала, небольшие. Что касается практического использования программы для измерения характеристик саб- и просто вуферов, хочу поделиться небольшими секретами. Дело в том, что к измерению собственно параметров Т-С я подхожу не слишком серьезно. Основной упор же делаю потом, когда снимаю характеристики готовых ящиков. В случае оформления «закрытый ящик» из зависимости импеданса от частоты можно узнать реальную добротность и резонансную частоту. Кроме того, если ящик негерметичен, на графике появится дополнительный пик на собственной резонансной частоте динамика (Fs). Еще интереснее настраивать фазоинвертор. Когда это делаешь вручную, точно определить Fb бывает непросто — «впадина» на графике очень пологая, поэтому точность получается порядка 1—2 Гц. С помощью программы следить за настройкой порта на нужную частоту проще. Взгляните на рис. 2. Там как раз изображен график импеданса динамика в фазоинверторе. Очень хорошо видны все нужные частоты, фазоинвертор «настроился» на 40 Гц.

Хочу надеяться, что описанный мной простой и недорогой инструмент облегчит труд творчески мыслящего установщика. Конечно, конкуренции «Брюль&Къеру» он не составит, но ведь и вложения требуются совсем небольшие.





Повторите — не пожалеете.
Автор: О. Леонов
Игорь Петрович Котов (Datagor)
Россия, Сибирь, г.Новокузнецк
Профиль Datagor
Основатель, владелец и главный редактор Журнала практической электроники datagor.ru.
Founder, owner and chief editor of datagor.ru.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 23

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья Измерения переменного напряжения звуковой частоты мультиметрами М-832... Вряд ли будет преувеличением сказать, что тестер семейства М-83х есть у каждого радиолюбителя....
Схема на Датагоре. Новая статья Простой модульный вольтметр переменного напряжения на PIC16F676... Простой вольтметр переменного напряжения с частотой 50 Гц, выполнен в виде встраиваемого модуля,...
Схема на Датагоре. Новая статья Программа Visual Analyser - измерительный комплекс на базе ПК... За неимением дорогой измерительной аппаратуры, некоторые умельцы используют возможности своего...
Схема на Датагоре. Новая статья Вольтметр-амперметр переменного тока с вычислением мощности на PIC16F690 [Обновлено]... Довольно простой прибор измеряющий напряжение, ток и показывающий полную мощность потребляемую...
Схема на Датагоре. Новая статья Программа для расчёта фильтров АС (Алдошина + Терещук)... Недавно я стал часто заниматься переделкой промышленных недорогих АС и, следовательно, понадобилось...
Схема на Датагоре. Новая статья LIMP Arta Software: измерение параметров Тиля-Смолла для начинающих... В интернете много статей на тему измерения параметров динамических головок в домашних условиях, но...
Схема на Датагоре. Новая статья Универсальный генератор на TL494 (прямоугольник и пила)... Генератор предназначен для лабораторных исследований при разработке и наладке самых различных...
Схема на Датагоре. Новая статья JBL SPEAKERSHOP... Программа JBL SPEAKERSHOP предназначена для разработки и расчета параметров акустического...
Схема на Датагоре. Новая статья 3500 микросхем усилителей мощности низкой частоты и их аналоги. Е. Ф. Турута... 3500 микросхем усилителей мощности низкой частоты и их аналоги. Е. Ф. Турута Издательство: ДМК...
Схема на Датагоре. Новая статья Резонансный детектор НЧ... При разработке акустической системы крайне необходимо знать резонансную частоту динамических...
Схема на Датагоре. Новая статья В. Трамперт. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR микроконтроллеров.... Книга описывает особенности применения AVR-микроконтроллеров в технике измерения, управления и...
Схема на Датагоре. Новая статья Высококачественные акустические системы и излучатели. Алдошина И. А., Войшвилло А. Г.... Алдошина И. А., Войшвилло А. Г. Высококачественные акустические системы и излучатели. — М.: Радио и...
<
  • Прохожий
27 июня 2008 21:30

/ exciter

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Да не оскуднеет Земля Русская....!!!!

<
  • Прохожий
29 июня 2008 07:15

/ nDrju

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Очень в тему статья! Спасибо! Как раз надо будет померять параметры 15" дина для саба=)

<
  • Прохожий
17 августа 2008 02:30

/ KiberPank

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Используя коробочку я получал каждый раз разные параметры и графики.. По этому советую попробовать программу audioTester. В ней нажимаешь кнопочку TSP(это измерение параметров Тиля-Смолла) в окошке будет нарисована простейшая схема подключения. От тебя потребуется только два кабеля к звуковухе и один резистор(желательно на 10 Ом, но я мерял и с 91 Омом, особо параметры не меняются..). Жмешь сетап и там ставишь Step Count = 150, а такжу вписываешь номинал своего резистора. Далее подключаешь все и подвешиваешь динамик. Жмешь старт и смотришь какой график у тебя получится. На нем сразу видно резонансную частоту головки Fs (пик на графике, смотришь на горизонтальную шкалу), и тут же Rmax(Вертикальная шкала), далее смотри где у тебя Re - это минимум на графике импеданса, синяя вертикальная шкала(также это можно получить простым омметром измерив сопротивление катушки). По формуле высчитываешь Rx (это сопротивление тебе нужно будет найти на графике до и после резонансной частоты и записать полученые частоты F1 и F2). Теперь ты уже можешь посчитать все остальное по формулам и получишь параметр тиля-смолла. Эквивалентный объем я считал с помошью добавочной массы(берешь груз известной массы, прикрепляешь к диффузору и измеряешь резонансную частоту), для расчета есть файл эксель VASCALC. Расчетные формулы и неплохую статью посмотри здесь //radiokot.ru/start/audio/acoustics/02/

<
  • Прохожий
30 ноября 2008 03:48

/ ARZ

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Привет,наверное самый простой способ замера параметров динамиков , можно прочитать по этой ссылке.
//tavria.org.ua/forum/viewtopic.php?t=12198&postdays=0&postorder=asc&&start=0
С помощю звуковухи, софта, усилителя подчти любого, подойдёт даже усилитель для наушников и очень простой схемки.
Пробывал - работает
Рекомендую собирать схему по второму способу, чтобы мерять методом фиксированного напряжения.
Меряет полностью в автоматическом режиме , нужно только вручную груз на динамик поставить в паузе замера и всё, на замер уходит секунд 10, ничего считать не нужно, выдаётся в таблице сразу все результаты.

<
  • Кандидат
3 августа 2011 00:35

Павел / PashaShulga

Цитата
  • С нами с 5.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 4 комментария
  • 0 публикаций
 
  • 0
как я понял контакты Х1 и Х3 - подключаются к выходу звуковой карты, а Х6 к входу, тоесть в микрофонный (розовый) вход ? И ещё, как понять "Верхнее положение", "Нижнее положение" ? среднее - это понятно.

<
  • Гражданин
26 февраля 2012 23:38

Анатолий / anatolevd

Цитата
  • С нами с 11.02.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 4 комментария
  • 3 публикации
 
  • 0
Если пройти по этой ссылке _//calitca.narod.ru/acuctica/speakerworkshop/speakerworkshop.html, то можно найти русификатор программы и "Помощь" на русском, а так же очень подробную инструкцию по использованию программы.

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой
  • smilelolbyewinkyahoocoollaughing
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashguitar-manhandshake
    musicnegativenopardonshoksleepunknown
    wackoyawnblushbullyhashsmokingwhew
Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.