오디오 관련 프로젝트로 작업하는 경우 가장 관심이 적은 구성 요소는 스피커이지만 스피커는 오디오 관련 회로의 필수 부분입니다. 좋은 스피커는 소음을 무시하고 부드러운 출력을 제공 할 수있는 반면 나쁜 스피커는 나머지 회로가 예외적으로 좋더라도 모든 노력을 파괴 할 수 있습니다.
따라서 최종 청중을 위해 최종 출력을 생성하는 스피커이므로 적절한 스피커를 선택하는 것이 중요합니다. 그러나 우리 모두가 알고 있듯이 회로를 만드는 동안 모든 구성 요소를 항상 쉽게 사용할 수있는 것은 아니며 특정 스피커를 선택하거나 스피커가 있지만 인클로저가없는 경우 출력이 무엇인지 결정할 수없는 경우도 있습니다. 따라서 스피커 출력이 음향 환경의 유형에 따라 완전히 다를 수 있으므로 이것은 큰 관심사입니다.
그렇다면 다른 상황에서 화자 응답이 무엇인지 결정하는 방법은 무엇입니까? 아니면 회로 구성은 무엇입니까? 이 기사에서는이 주제를 다룰 것입니다. 우리는 스피커가 어떻게 작동하는지 이해 하고 스피커와 동등한 RLC 모델을 구성 할 것입니다. 이 회로는 또한 일부 특정 응용 분야에서 스피커를 시뮬레이션하는 좋은 도구 역할을합니다.
스피커 구성
스피커는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 에너지 변환기 역할을합니다. 스피커에는 두 가지 수준의 구성이 있습니다. 하나는 기계식이고 다른 하나는 전기입니다.
아래 이미지 에서 라우드 스피커 의 단면을 볼 수 있습니다.
내부와 외부에서 구성 요소를 고정 하는 스피커 프레임 또는 마운트 를 볼 수 있습니다. 구성 요소는 더스트 캡, 보이스 코일, 다이어프램 콘, 스피커 스파이더, 폴 및 자석입니다.
다이어프램 진동 및 공기 진동을 가압함으로써 기압 변화 단부 일 것이다. 원뿔 모양 때문에 Diaphragm은 Diaphragm Cone 이라고 합니다.
거미 진동판의 적절한 움직임을 담당하는 중요한 요소이다. 콘이 진동 할 때 스피커 프레임에 닿지 않도록합니다.
또한 고무 또는 거품과 같은 재질 인 서라운드 는 Cone에 추가 지원을 제공합니다. 다이어프램 콘에는 전자기 코일 이 부착되어 있습니다. 이 코일은 극과 영구 자석 내부에서 상하 위치에서 자유롭게 움직일 수 있습니다.
이 코일은 스피커의 전기 부품입니다. 스피커에 사인파를 제공 할 때 보이스 코일 은 자기 극성을 변경하고 위아래로 움직여 결과적으로 원뿔에 진동을 생성합니다. 진동은 공기를 당기거나 밀고 공기압을 변경하여 공기로 더 전달되어 소리를 생성합니다.
스피커를 전기 회로로 모델링
스피커는 모든 오디오 증폭기 회로의 주요 구성 요소이며 기계적으로 많은 물리적 구성 요소 와 함께 작동 합니다. 목록을 작성하면 고려 사항은 다음과 같습니다.
- 서스펜션 컴플라이언스 – 이것은 재료가 탄성 변형을 받거나 적용된 힘을받을 때 체적 변화를 경험하는 재료의 속성입니다.
- 서스펜션 저항 – 그것은 부하이며, 서스펜션에서 움직이는 동안 콘이 향하고 있습니다. 기계적 댐핑이라고도합니다.
- Moving Mass -Coil, Cone 등의 총 질량입니다.
- 운전자를 통해 밀고 있는 공기의 부하.
위의 4 가지 사항은 스피커의 기계적 요인에 따른 것입니다. 전기적 으로 두 가지 요소가 더 있습니다.
- 코일 인덕턴스.
- 코일 저항.
따라서 모든 점을 고려 하여 전자 부품이나 전기 부품을 거의 사용하지 않고 스피커 의 물리적 모델을 만들 수 있습니다. 6 점 이상은 RLC 회로 로 표시되는 저항, 인덕터 및 커패시터의 세 가지 기본 수동 구성 요소를 사용하여 모델링 할 수 있습니다.
스피커 의 기본 등가 회로는 저항과 인덕터의 두 가지 구성 요소 만 사용하여 만들 수 있습니다. 회로는 다음과 같이 보일 것입니다.
위 이미지에서 단일 저항 R1과 단일 인덕터 L1 만 AC 신호 소스에 연결되어 있습니다. 이 저항 R1은 보이스 코일 저항을 나타내고 인덕터 L1은 보이스 코일 인덕턴스를 제공합니다. 이것은 스피커 시뮬레이션에 사용되는 가장 간단한 모델이지만 전기적 모델 일 뿐이며 스피커 능력을 결정할 범위가없고 기계 부품이 관련된 실제 물리적 시나리오에서 어떻게 반응할지 결정하기 때문에 제한이 있습니다.
스피커 등가 RLC 회로
그래서 우리는 스피커의 기본 모델을 보았지만 제대로 작동하도록하려면 해당 스피커 등가 모델에 실제 물리적 구성 요소와 함께 기계 부품을 추가해야합니다. 우리가 어떻게 할 수 있는지 봅시다. 그러나 이것을 이해하기 전에 필요한 구성 요소와 그 목적이 무엇인지 분석해 보겠습니다.
들면 서스펜션 준수 서스펜션 적합성은 보이스 코일에 흐르는 전류의 일부 변화와 직접 연결되어 있기 때문에하는 인덕터를 사용할 수있다.
다음 매개 변수는 서스펜션 저항 입니다. 서스펜션에 의해 생성되는 부하의 유형이므로이를 위해 저항을 선택할 수 있습니다.
원뿔의 질량 인 코일을 포함 하는 이동 질량에 대한 커패시터를 선택할 수 있습니다. 또한 콘의 질량을 증가시키는 공기 부하에 대해 커패시터를 다시 선택할 수 있습니다. 스피커와 동등한 모델을 만드는 데 중요한 매개 변수이기도합니다.
그래서 우리는 서스펜션 컴플라이언스를위한 하나의 인덕터, 서스펜션 저항을위한 하나의 저항, 그리고 우리의 공기 부하와 움직이는 질량을 위해 두 개의 커패시터를 선택했습니다.
이제 다음으로 중요한 것은 스피커 의 전기적 등가 모델 을 만들기 위해이 모든 것을 연결하는 방법 입니다. 저항 (R1)과 인덕터 (L1)는 직렬 연결로 연결되어 있으며 이는 1 차이며 병렬 기계적 요인을 사용하여 가변적입니다. 따라서 이러한 구성 요소를 R1 및 L1과 병렬로 연결합니다.
최종 회로는 다음과 같습니다.
R1 및 L1과 병렬로 연결된 구성 요소를 추가했습니다. C1과 C2는 각각 움직이는 질량과 공기 부하를 나타내고 L2는 서스펜션 준수를 제공하고 R2는 서스펜션 저항이됩니다.
따라서 RLC를 사용하는 스피커 의 최종 등가 회로 는 다음과 같습니다. 이 이미지는 저항기, 인덕터 및 커패시터를 사용하는 스피커의 정확한 등가 모델을 보여줍니다.
여기서 Rc – 코일 저항, Lc – 코일 인덕턴스, Cmems – 이동 질량 커패시턴스, Lsc – 서스펜션 준수 인덕턴스, Rsr – 서스펜션 저항 및 Cal – 공기 부하의 커패시턴스.
스피커 디자인의 Thiele / 작은 매개 변수
이제 동등한 모델을 얻었지만 구성 요소의 값을 계산하는 방법. 이를 위해서는 Loud Speaker의 Thiele 작은 매개 변수 가 필요합니다.
입력 임피던스가 공진 주파수와 같고 스피커의 기계적 동작이 사실상 선형 일 때 작은 매개 변수는 스피커의 입력 임피던스에서 파생됩니다.
Thiele 매개 변수는 다음을 제공합니다.
매개 변수 |
기술 |
단위 |
총 Q 계수 |
단위 없음 |
|
기계적 Q 계수 |
단위 없음 |
|
전기적 Q 계수 |
단위 없음 |
|
공진 주파수 |
Hz |
|
서스펜션의 저항 |
N. s / m |
|
총 이동 질량 |
킬로그램 |
|
효과적인 운전자 영역 |
제곱미터 |
|
동등한 음향 볼륨 |
Cu.m |
|
보이스 코일의 선형 여행 |
미디엄 |
|
주파수 응답 |
Hz 또는 kHz |
|
드라이버 유닛 체적 변위 |
Cu.m |
|
보이스 코일의 저항 |
옴 |
|
코일 인덕턴스 |
Henry 또는 Mili Henry |
|
힘 요인 |
테슬라 / 미터 |
|
운전자 정지 준수 |
뉴턴 당 미터 |
이러한 매개 변수에서 간단한 공식을 사용하여 동등한 모델을 만들 수 있습니다.
Rc 와 Lc의 값은 코일 저항과 인덕턴스에서 직접 선택할 수 있습니다. 다른 매개 변수의 경우 다음 공식을 사용할 수 있습니다.
Cmens = Mmd / Bl 2 Lsc = Cms * Bl 2 Rsr = Bl 2 / Rms
경우 실효가 주어지지, 우리는 다음과 같은 equation-에서 그것을 확인할 수 있습니다
Rms = (2 * π * fs * Mmd) / Qms Cal = (8 * p * Ad 3) / (3 * Bl 2)
실제 데이터로 RLC 등가 스피커 회로 구축
구성 요소의 등가 값을 결정하는 방법을 배웠으므로 실제 데이터로 작업하고 화자를 시뮬레이션 해 보겠습니다.
BMS 스피커에서 12S330 스피커를 선택 했습니다. 여기에 같은 링크가 있습니다.
www.bmsspeakers.com/index.php?id=12s330_thiele-small
스피커의 경우 Thiele 매개 변수 는 다음과 같습니다.
이 Thiele 매개 변수에서 동등한 값을 계산합니다.
그래서 우리는 12S330 등가 모델에 사용할 각 구성 요소의 값을 계산했습니다. Pspice에서 모델을 만들어 봅시다.
각 구성 요소에 값을 제공하고 신호 소스의 이름도 V1 로 변경했습니다 . 시뮬레이션 프로필을 만들었습니다.
우리는 DC가에서 큰 주파수 분석을 얻기 위해 청소 구성된 5 Hz에서 에 20000 Hz에서 에서 100 대수 규모 십 년간 당 점.
다음으로 동등한 스피커 모델 입력에 프로브를 연결했습니다.
음성 코일의 저항 인 Rc에 전압 및 전류 트레이스를 추가했습니다. 이 저항의 임피던스를 확인합니다. 이를 위해 우리가 알다시피 V = IR이고 AC 소스의 V +를 저항 Rc를 통해 흐르는 전류로 나누면 임피던스를 얻을 수 있습니다.
그래서 우리는 V (V1: +) / I (Rc) 공식 으로 트레이스를 추가했습니다.
마지막으로 12S330의 동등한 스피커 모델의 임피던스 플롯을 얻습니다.
임피던스 플롯과 주파수에 따라 스피커 임피던스가 어떻게 변하는 지 볼 수 있습니다.
필요에 따라 값을 변경할 수 있으며 이제이 모델을 사용하여 실제 12S330 스피커 를 복제 할 수 있습니다 .