Измерение параметров Тиля — Смола программой AudioTester

Автор: Карев Михаил
Опубликовано 28.05.2013
Создано при помощи КотоРед.

Пролог.

Здравствуйте, уважаемые господа и товарищи! На Ваш суд предлагаю простейший  вариант определения параметров Тиля-Смолла (параметры Т-С) НЧ динамика с использованием простейшей "коробочки", т.е. схемы подключаемой к звуковой карте компьютера и программы AudioTester, которая проста в использовании и максимально русифицирована. Эта статейка предназначена в первую очередь новичкам в "сабвуферостроении", к которым относится и моя скромная персона.
Поэтому хочу услышать мнение знатоков и экспертов о практической пользе данного метода и заранее прошу прощения за "косяки" и "ляпы".

Для измерения параметров динамика нужен минимум проводов и радиодеталей.

Полученные в результате измерений параметры Т-С позволят рассчитать размеры корпуса  самодельной акустической системы в любой специализированной программе (JBL SpeakerShop, BassBox 6 Pro и пр.).

История замысла или немного о себе.

Я живу в сельской местности. Все люблю делать своими руками: ремонт дома, дворовый постройки,  тротуарная плитка и т.п. Семейный бюджет весьма скромный (по городским меркам) , поэтому я не могу себе позволить купить "супер-пупер-мега  HiFi" за несколько тысяч долларов и лежа на диване слушать  музыку , наслаждаясь собственной "крутостью" в окружении  "брендовой" аудиотехники.

Со старых времен накопилась куча динамиков и радиодеталей, что-то было закуплено и лежало "мертвым грузом". Вот и возникла мысль самому собрать акустические системы "для дома, для семьи" с минимальным бюджетом.

Побродив по Интернету, почитав советы знатоков и экспертов, пришел к очевидному выводу, что для расчета конструкции домашней акустической системы нужно знать параметры Тиля-Смолла для конкретного динамика. Как новичок, для начала решил использовать для расчетов программу AudioTester.

Теория.

Вид акустического оформления и размеры корпуса АС определяются параметрами конкретной низкочастотной головки (параметры Тиля-Смолла).

Исходными данными являются следующие параметры:

резонансная частота Fs;

полная добротность Qts;

эквивалентный объем головки Vas.

Общеизвестно, что для определения параметра Vas существуют два метода:

1. Метод эквивалентного объема. Изготавливается закрытый герметичный ящик известного объема. В передней панели ящика вырезается  круглое отверстие под размер диффузора динамика. Динамик плотно устанавливается на "дырку" сверху, герметизируется и измеряется.

Достоинство: Параметр  Vas измеряется с высокой точностью.

Недостатки: Большая трудоемкость. Для конкретного динамика требуется  ящик, размеры которого зависят от диаметра диффузора. Например, при диаметре 10 см – примерно 6-10 литров, а для 20 сантиметров – уже 15-20 литров. Приходится изготавливать несколько сменных передних панелей с круглыми отверстиями разного диаметра

2. Метод добавочной массы. Это когда динамик вначале измеряется на "свежем воздухе", а потом на его пылезащитный колпачок наклеивается груз массой 20-40 грамм из пластилина в виде "бублика" и его измеряем заново.

Достоинство: самый простой способ, не требуется эталонный ящик.

Недостатки: Параметр  Vas измеряется с малой точностью.

Программа AudioTester позволяет измерить все 3 основных параметра Т-С и несколько дополнительных, причем Vas может быть измерен любым из двух предложенных методов.

Современные производители громкоговорителей (например Visaton) для своих динамиков указывают полный набор параметров Т-С.(рис 11.  в Приложении).

А как быть с китайскими (например SENON) или с советскими низкочастотниками?

У них параметры Т-С или совсем отсутствуют, или могут отличаться от заявленных заводских характеристик (что актуально для старых советских или современных российских громкоговорителей).

Для средне или высокочастотных динамиков может понадобиться частота резонанса этого громкоговорителя для возможного устранения "горба" АЧХ акустической системы.

Во всем этот нам поможет программа AudioTester! Просто, быстро и дешево!

Список компонентов.

1. Программа AudioTester и компьютер (ноутбук) с звуковой картой.

2. Резистор сопротивлением 8-10 Ом 1-2 Ватта, измеренный с точностью ± 1%.

3. Экранированный кабель стерео с разьемом "джек" длиной 2-3 метра.

4. Экранированный кабель моно  с "джеком" длиной 3 метра.

5. Двойной медный многожильный провод сечением 2-3 мм²  длина 3-4 метра.

6. Двойной жесткий алюминиевый и медный одножильный провод 1 метр.(подвес).

7. Кусок пластилина массой 20-40 грамм, измеренной с достаточной точностью.

Я использовал программу AudioTester v.2.2 D, которую очень легко скачать с любого радиотехнического сайта.

Подготовка к измерениям.

3. Для измерения параметров Т-С собрал простейшую схему из программы.

Рис. 1 Схема измерительной "коробочки"

Требования к сборке.

Надо, чтобы ЛЕВЫЙ выход звуковой карты соединялся с ЛЕВЫМ входом "звуковухи"

Громкость на компьютере 90-95% от максимума.

Рис. 2. "Коробочка" в корпусе

Рис. 3. Пластилиновый бублик масса 20 г ( 4 монеты)

Рис. 4. Объект измерения – 25ГДН-3-4

Рис. 5. Объект измерения – 25ГДН-3-4 в добавочной массой.

Рис. 6 . Внешний вид программы.

В качестве эталонного я использовал резистор 10 Ом (± 1%).

В качестве добавочной массы – "бублик" из пластилина 20 грамм (± 1 грамм).

Подвес: Жесткий двужильный провод длиной примерно 80-100 см , одним концом закреплял за люстру в центре комнаты , на  другом конце провода загнул жилы в виде крючка и подвешивал динамик за крепежные отверстия , причем ось динамика располагал горизонтально.

Рис.7. Объект измерения в подвешенном состоянии.

Измеряем параметры Т-С

Выбираем иконку , нажимает кнопку "Установки" , изменяем параметры:

Устанавливаем "Step count" = 300 (рекомендуется 200-400).

Верхнюю частоту измерений уменьшаем до 200-500 Гц (для НЧ динамика достаточно и меньше время измерения).

"серия сопротив Rs/Ohm"  =  сопротивление эталонного резистора 8-10 Ом.

"объем кабинет Vb/литр" = объем герметичного ящика (литр).

"дополнительна Mms/g" = вес "бублика" из пластилина (г).

"диаметр d/mm" = диаметр диффузора динамика  (мм).

Рис.8 . Параметры настройки программы

Сохраняем , вешаем динамик за крючки провода, чтобы  его ось смотрела горизонтально и  нажимает Start. Ждем завершения измерения.

Рис. 9   Результаты измерения динамика без груза

Синяя линия – зависимость сопротивления динамика от частоты, резонанс наступает на частоте 55Гц,  красная линия – фаза сигнала .

Потом налепляем на пылезащитный колпачок динамика пластилиновый бублик , нажимает  чтобы активными стали зеленая и розовая буква и опять нажимаем Start

Рис.10  . Результаты измерения динамика с грузом.

Зеленая линия – частота резонанса динамика с добавочной массой.

Расчет параметров Тиля-Смолла

 Теперь перетаскиваем  мышкой    в  , а   в    по принциму "взял-подтащил-бросил"

Получаем параметры Т-С для этого динамика

Рис.11  . Результаты расчета параметров Т-С.

 Рассчитанные параметры можно сохранить или распечатать через 

Для повторного измерения очищаем графики и желательно заново закрыть/открыть программу. Измерения желательно повторить несколько раз для каждого динамика.

Для достоверности полученных данных сравнил их с заявленными производителем или с измеренными товарищами в других программах (если интересно – почитайте Заключение). Финиш!

Заключение.

Анализ результатов измерения

В заключении приведу конкретные результаты сравнения полученных измерений для различных НЧ динамиков:

1. Буржуйский Visaton WS 17 E/4 , новый,  6,5 дюйма ( 162 см) имеется полный список параметров Т-С от производителя.

2. Советский 25ГДН-3-4, б/у, 5 дюймов (125 см), параметры Т-С взяты из справочника и с https://alex-jet.narod.ru/acoustics/sounddrivers/25GDN-3-4.html ( с разрешения автора!).

3. Китайский SENON DYP1240F, 12 дюймов (30 см.)

Забегая вперед скажу, что в среднем различие результатов составляет 10-25%, а некоторые параметры совпали полностью, значит полученным результатам можно доверять.
Примечание: В Программе Audiotester параметр Qes называется Qel.

1. Сравнение параметров Т-С для динамика Visaton WS 17 E/4.

Параметры , полученные в Audiotester. (Динамик "прогрет" в течении 2 часов – музыкальным сигналом (4 Вт)и 2 часа – синусоидальный сигнал 1 вольт 63 Гц )

Parameter     Value        Dexyinaion                            

-------------------------------------------------------------------

fs           53,3 Hz       free air resonance frequency    

Zmax         15,1 Ohm      impedance at resonant frequency

Rdc           3,9 Ohm      DC-resistance                  

Qms           3,22         mechanical Q of the speaker    

Qel           1,12         electrical Q of the speaker    

Qts           0,83         total Q of the speaker         

Mms          20,0 g        extra mass (pretended)        

Mmd          13,60 g       mass of driver's cone          

Cms           0,66 mm/N    compliance of driver's suspension

Vas          16,42 liter   compliance volume of the speaker

Данные производителя https://www.visaton.de/en/chassis_zubehoer/tiefton/ws17e_4.html

Рис. 11 . Параметры Т-С для динамика Visaton WS 17 E/4

Таблица 1. Сравнение параметров для VisatonWS 17 E/4

Результат 1. Разница между заводскими и измеренными параметрами средняя, при "прогреве" динамика перед измерением, его параметры изменяются и приближаются к данным производителя. Измеренные самостоятельно параметры Т-С вполне достоверны.

2. Измерение и сравнение параметров Т-С для динамика 25ГДН-3-4, который долго эксплуатировался в составе 15АС-220.

Данные 25ГДН-3-4 полученные  в Audiotester. (назовем его "Мой динамик" )

Parameter     Value        Dexyinaion                            

-------------------------------------------------------------------

fs           57,4 Hz       free air resonance frequency    

Zmax         80,6 Ohm      impedance at resonant frequency

Rdc           4,1 Ohm      DC-resistance                  

Qms           5,07         mechanical Q of the speaker    

Qel           0,27         electrical Q of the speaker    

Qts           0,26         total Q of the speaker         

Mms          20,0 g        extra mass (pretended)        

Mmd          10,68 g       mass of driver's cone          

Cms           0,72 mm/N    compliance of driver's suspension

Vas           6,29 liter   compliance volume of the speaker

Для сравнения, используем данные 25ГДН-3-4 измеренные Ефремовым Алексеем (Alex_Jet)

Примечание: для сравнения взят Динамик №1 из таблицы по ссылке.

Таблица 2. Параметры 25ГДН-3-4 от Alex_Jet

Таблица 3. Сравнение параметров для двух 25ГДН-3-4.

Результат 2. Различие по параметрам для моего первого 25ГДН-3-4 -  малое, значит параметры достоверны. 

3. Параметры Т-С для динамика SENON DYP1240F диаметром 12 дюймов.

Сравниваю полученные параметры и цифры, которые нашел где-то на просторах Интернета (Форум Вегалаб > Акустика > Акустические системы > Сабвуфер на сеноне автор TDA).

Parameter     Value        Dexyinaion                             

-------------------------------------------------------------------

fs           28,5 Hz       free air resonance frequency    

Zmax         34,8 Ohm      impedance at resonant frequency

Rdc           8,2 Ohm      DC-resistance                   

Qms           3,86         mechanical Q of the speaker    

Qel           1,19         electrical Q of the speaker    

Qts           0,91         total Q of the speaker         

Mms          20,0 g        extra mass (pretended)        

Mmd          90,71 g       mass of driver's cone          

Cms           0,34 mm/N    compliance of driver's suspension

Vas          117,86 liter   compliance volume of the speaker

Таблица 4. Сравнение параметров для SENON DYP1240F .

Результат 3.  китаец SENON DYP1240F показал самое большое совпадение по параметрам.

Заключение: Программа AudioTester позволяет с достаточной точностью измерить  параметры Тиля-Смолла для НЧ динамиков, а это значит, что полученные данные можно использовать начинающим "сабвуферостроителям" для создания самодельных сабвуферов и акустических систем. Просто, быстро и дешево!.
Примечание: Эксперты и знающие товарищи рекомендуют использовать добавочную массу в зависимости от диаметра диффузора ( кажется 10 г на каждый дюйм диаметра). Я вначале использовал фиксированную массу 20 грамм для любого динамика, а потом послушался советов и наращивал массу пропорцианально диаметру громкоговорителя, и что важно, параметры Тиля-Смолла изменились и еще более приблизились к "эталонным". Но это - совсем уже другая история.
До свидания.

Все вопросы в Форум.