Thiele-Small parámetros del Altavoz

Thiele /Small parámetros del Altavoz

Hay diversas maneras de medir los parámetros de Thiele/Small de un driver del altavoz. El método descrito aquí proporciona una manera para el principiante y el entusiasta del HUM de medir los parámetros sin ningún equipo costoso o especializado.

Definiciones:

Re Resistencia eléctrica de la bobina de la voz
Fs Frecuencia de resonancia de la masa móvil del altavoz (en aire libre)
Qes Q eléctrico del altavoz
Qms Q mecánico del altavoz
Qts Q total del altavoz
Vas Volumen de aire equivalente de la suspensión total móvil del altavoz

Midiendo Re, Fs, Qes, Qms y Qts

Para medir estos parámetros usando el método de perfil bajo, necesitarás tener los componentes siguientes:

  • Un amplificador de energía, clasificado en 10 vatios (RMS) o más

  • Oscilador de frecuencia de audio

  • Multímetro digital (con la medida de la frecuencia)

  • Una resistencia de 5 vatios (cualquier valor entre 4 a 10 ohmios)

  • Pinzas de cocodrilo – usted necesitará 4 sistemas de plomos (los plomos pueden ser soldados uno en lugar de otro)

El cuadro 1 muestra una curva típica de impedancia para un altavoz (véase cuadro 5 para el circuito equivalente de este “altavoz”, que fue simulado para este artículo). La resonancia causa un gran aumento de impedancia, y en una cierta frecuencia más alta, la inductancia de la bobina de la voz hace que la impedancia se eleve otra vez. La región para las medidas iniciales debe estar dentro de la región “linear” de la curva de la impedancia. En el ejemplo de abajo, la resonancia está en 27Hz, y la región linear se extiende alrededor de 100Hz a 400Hz.

En la resonancia, la impedancia del altavoz es resistencia pura. Pues la frecuencia aumenta hacia resonancia, la característica de la impedancia es inductiva. Más allá de la resonancia como caídas de la impedancia, la característica de la impedancia es capacitativa. Dentro de la región “linear”, la impedancia es otra vez (casi) resistente, pero en la impedancia nominal del altavoz. En la frecuencia donde la inductancia de la bobina de la voz llega a ser significativa, la impedancia es progresivamente más inductiva pues se eleva la frecuencia. Es común agregar una red de compensación para mantener una característica resistente total en estas frecuencias más altas, para no comprometer el funcionamiento del filtro de la cruce.

ohms-altavoz

Cuadro 1 – Curva De la Impedancia Del Altavoz

El multímetro debe ser capaz de medir frecuencia, así como voltaje AC (corriente alterna) y resistencia. Se hace imprescindible la recomendación este multímetro, puesto que las medidas de la frecuencia son críticas. El amplificador debe ser capaz de reproducir a partir 10 hertzios a 2 kilociclos sin la variación en voltaje de salida. Es totalmente necesario que sea insensible a cualquier carga sobre 4 ohmios. El oscilador de audio debe también producir una señal con la distorsión relativamente baja, y el voltaje de la salida no debe variar mientras que se ajusta la frecuencia.

Medir la resistencia a través de los terminales del altavoz para obtener Re.

Medir la resistencia exacta de la resistencia de la fuente de 5 vatios, Rs.

El driver del altavoz se debe suspender en espacio libre, sin superficies de obstrucción o interferencias cercanas. Cualquier límite más cercano de 60 cm. (afectará a la exactitud de las medidas

Conecta el circuito según se muestra en el cuadro 2, el oscilador audio con los terminales de entrada del amplificador, pero con el multímetro conectado a los terminales de salida del amplificador en vez del “resistor”.

Fija el oscilador a aproximadamente 100 a 200 hertzios (o por lo menos a 2 octavas sobre la resonancia).

Fija la salida del amplificador entre a 0.5V y a 1.0V (esto es: Vs). Puedes necesitar experimentar con diversos voltajes, dependiendo de la exactitud de sus lecturas actuales (o de los cálculos). No intentes utilizar voltajes más altos, pues el altavoz puede dirigirse fuera de su gama linear, que arruinaría la validez de las medidas. Los parámetros que son medidos son de ” pequeña señal”. Es esencial que una pequeña señal sea realmente utilizada.

Calcula la corriente del altavoz ( Is), para cerciorarte de que tendrás una corriente razonable de trabajo. Comprueba que el altavoz no esta cerca de la frecuencia de resonancia, cambiando la frecuencia del oscilador por 50Hz o en cualquier dirección, y mide el voltaje a través del altavoz. No la debes cambiar por cualquier cantidad apreciable.

Is = Vs/(Re + Rs)

Vuelve a conectar el circuito según lo demostrado en el cuadro 2, usando otra vez las pinzas de cocodrilo cuando sea necesario.

cuadro-2

Cuadro 2 – Medir los parámetros principales del altavoz

Ajusta la frecuencia hasta que el voltaje a través de la resistencia alcanza el valor mínimo. Sin cambiar nada, mide cuidadosamente la frecuencia y el voltaje a través del “resistor”.

Frecuencia Fs
Voltaje a través del resistor VM

Calcule el siguiente…

Corriente del altavoz Im = VM/Rs
Impedancia del driver en la resonancia Rm = (Vs -Vm) / Im
r0 r0 = Is / Im
corriente de -3dB Ir = (Im * Is)^0.5
voltaje de -3dB Vr = Ir * Rs

Termina las medidas para la Fi y Fh, para los cuales el voltaje a través del la resistencia de la fuente es igual a Vr, y como comprobación (asegurarse de que sus cálculos y medidas son exactos), calcula la frecuencia resonante basada en estas dos medidas pasadas.

Comprueba eso… (FI * Fh) = Fs

Comprueba lo dicho anteriormente, (dentro de 1 o de 2Hz), después Qes, Qms y Qts pueden ser calculados como sigue:

Qms = Fs * r0/(Fh – Fi)
Qes = (Qms/(r0 – 1)) * (Re/(Rs + Re))
Qts = Qms * Qes/(Qms + Qes)

Puedes utilizar la hoja adjunta para realizar los cálculos automáticamente, ver: ls_param.xls

Medida de Vas (volumen de aire equivalente)

Para medir Vas, utiliza un buen recinto sólido del volumen que sea aproximadamente un cubo del tamaño nominal del altavoz. Por ejemplo, un altavoz de 300mm (12″) necesita una caja de cerca de 28 litros. Para esta referencia, un pie cúbico es 28,3168 litros, y un litro está contenido por un cubo de 100mm por cada lado.

cuadro-3

Cuadro 3 – Disposición para medir Vas

Determina el volumen total, incluyendo el recorte del altavoz y esta encerrado por el cono con el altavoz montado en el exterior de la caja para el acceso fácil. Mide la frecuencia resonante en esta situación, y utiliza la frecuencia resonante libre del espacio de aire que determinada según lo demostrado anteriormente. La determinación del volumen encerrado por el cono del altavoz es algo difícil.

Utiliza uno de los métodos siguientes…

  • Coloca el altavoz en una bolsa de plástico, asegurándolo, se sella totalmente. La bolsa se debe aflojar bastante para poderlo empujar fácilmente por el área del cono. Coloca el altavoz envuelto en una superficie plana, con los revestimientos del cono hacia arriba. El cono se puede en este momento llenar de agua con cuidado, y verter el agua cuidadosamente hacia fuera en un jarro, se mide. La medida que resulta será un poco mayor que el volumen real porque el cono será presionado por la masa del agua. El área del recorte del altavoz en la caja todavía debe ser agregada.

  • Toma una serie de medidas. El área interna del cono se mide, después se divide en las secciones del volumen que puede ser calculado. Para la mayoría de los altavoces tendremos dos formas básicas hacer, y aunque este método no es el 100% exacto, dará probablemente el mejor resultado en la mayoría de casos.

cuadro-4

Cuadro 4 – Determinación del volumen del cono

Hay un cilindro plano (disco) que se ha formado por el área externa de la campana y del recorte en el recinto. El anillo triangular se ha formado por el cono en sí mismo, según se ha demostrado arriba. Finalmente, el cilindro ocupa el área sobre el “dust cap”. La profundidad del cilindro debe ser un promedio aproximado de la distancia de la superficie de montaje y del “dust cap”.

El volumen del cilindro y del disco es dado por la fórmula convencional…

V CYL = * r 2 * h (donde r es el radio r y h es altura), y…
Vdisc V = * r 2 * h

El volumen del “anillo triangular” es dado por…

V ring = ((* r 2 * h) – VCYL) / 2

El volumen total del altavoz es simplemente la suma de los 3 volúmenes calculados arriba. Se calcula el volumen de la caja como uno normalmente, tomando mucho cuidado de asegurarse que las medidas son exactas. La caja se puede apoyar, pero no debe tener ninguna fibra de vidrio u otro material de amortiguamiento del sonido interior. Cerciórate de que el volumen ocupado-apoyando esté considerado en tus cálculos. Incluso una caja simple será suficientemente rígida en las frecuencias interesantes, así que no se requiere un gabinete acústicamente muerto (aunque no dañará).

Vas = Vb((Fb/Fs) 2 – 1)

donde Vb es el volumen cubierto por el altavoz y la caja, y Fb es la frecuencia de resonancia del altavoz y de la caja combinados. Fs es la resonancia libre del aire medida previamente.

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