Как рассчитать катушку динамика?

PSU Designer

Очень полезная программа. С ее помощью легко рассчитываются любые источники питания — мостовые, одно- и двухполупериодные, на кенотронах и диодах, с L и C-фильтром. В базе данных уже содержатся необходимые данные наиболее популярных выпрямителей, вам остается лишь задать напряжение на вторичной обмотке сетевого трансформатора и ток (сопротивление) нагрузки. Программа симулирует форму напряжения и тока в любой точке схемы и предупреждает, если какое-нибудь предельно допустимое значение для выпрямителя превышено. Новая версия PSU Designer позволяет сохранять файлы и редактировать их (информация с сайта «Салон AV»)

Что такое кроссовер и с чем его едят

Схемы кроссоверов для акустики

Для начала узнаем, а зачем нужен кроссовер?Это специальное устройство, предназначенное для разделения ауди частот. Кроссоверы как бы убирают ненужные частоты, фильтруют их.

Как подключить кроссовер к акустике

К примеру, существуют такие динамики(см.Как выбрать динамики для автомагнитолы своими силами), как пищалки. Если бы не было кроссоверов, то на пищалки бы подавались все частоты, полный их пакет, вместе с НЧ и СЧ. Понятно, что это в итоге отрицательно скажется на детальности музыки. ВЧ динамики, каковыми являются пищалки, не способны воспроизводить низкие и средние звуки и присутствие несвойственных частот станет в этом случае опасной проблемой.

Схема кроссовера для акустики

Пассивный кроссовер, его плюсы и минусы

Пассивный кроссовер фильтрует сигнал своими конденсаторами, резисторами и катушками. В результате именно этого и выявляется первый недостаток таких кроссоверов – потеря мощности.

Кроссоверы акустических систем

Подключение пассивных кроссоверов проходит непосредственно перед динамиками. Получается таким образом, что достаточно использование всего одного усилителя(см.Как подключить к автомагнитоле усилитель и сабвуфер: сам себе мастер), что является несомненным плюсом пассивных кроссоверов.

  • Пассивные кроссоверы продаются отдельными блоками или в комплекте с акустикой, обычно двухполосной или более.
  • Среди недостатков пассивных кроссоверов можно выделить ограниченную пиковую нагрузку, что влечет за собой скорый выход из строя.

Пассивный цифровой кроссовер

Активный кроссовер, его плюсы и минусы

Используется активный кроссовер перед усилителем. Поэтому использование одного усилителя в данном случае просто невозможно.В случае с активным кроссовером каждый динамик, будь то пищалка или НЧ динамик, используют отдельный канал усилителя.

Преимуществом активного кроссовера можно назвать то, что в отличие от пассивного, он дает возможность точной настройки срезов. Именно этот фактор и определяет в большей части стоимость такого кроссовера, который дороже своего оппонента.

Временная область и частотная область

Когда вы смотрите на электрический сигнал на осциллографе, вы видите линию, которая представляет изменения напряжения относительно времени. В любой конкретный момент времени сигнал имеет только одно значение напряжения. На осциллографе вы видите представление сигнала во временной области.

Типовая осциллограмма проста и интуитивно понятна, но она также имеет некоторые ограничения, поскольку она напрямую не раскрывает частотный состав сигнала. В отличие от представления во временной области, в котором один момент времени соответствует только одному значению напряжения, представление в частотной области (также называемое спектром) передает информацию о сигнале посредством определения различных частотных компонентов, которые представлены одновременно.


Рисунок 1 – Представления во временной области синусоидального (вверху) и прямоугольного (внизу) сигналов


Рисунок 2 – Частотные представления синусоидального (вверху) и прямоугольного (внизу) сигналов

Как правильно рассчитать своими руками?

Расчет кроссовера для акустики – это важный процесс. Еще ни один производитель не смог изготовить идеальную акустическую систему, которая бы могла качественно воспроизводить звук в разном диапазоне. Для низких частот используют сабвуферы. Для средних применяются среднечастотные динамики. Но когда весь этот комплекс начнет звучать, то может возникнуть определенная путаница. Вот для чего нужен кроссовер в акустике – чтобы на конкретную акустическую систему шел сигнал только определенной частоты.

Но как же быть, если нужно разделять звук на частоты по другому принципу? Вручную ничего считать не придется – в наше высокотехнологичное время даже для самых простых операций существует ПО. Вот и для этих расчетов существует программа, например Crossover Elements Calculator.

Первым делом в программу вводят показатель сопротивления динамиков НЧ и ВЧ, который зачастую составляет 4 Ома. Далее вводят частоту, которую прибор должен разделять. Тут же вводят и порядок кроссовера. Затем нажимают на кнопку и ждут, пока программа выдаст результат. В результате она выдаст схему, где будут указаны нужные конденсаторы и катушки под введенные параметры.

Характеристика, предназначение

Кроссовер – это специальное оборудование в комплекте акустической системы, главная функция которого заключается в подготовке нужного диапазона частот для каждого динамика. Как известно, любая акустическая система разработана под конкретный диапазон рабочих частот. Выход сигнала, подающегося на колонку, за границы диапазона может привести к искажению звука.

В обычных условиях функция высокочастотных динамиков – воспроизведение звуков только на высоких частотах. Низкочастотные акустические системы работают отдельно. Иногда устанавливаются даже в разных местах салона. То же самое касается и звуков средней частоты. Они подаются только на динамик, выдающий средние частоты.

Поэтому для качественного воспроизведения музыкальных треков в автомобиле необходимо выделять определенные частоты и подавать их строго на конкретные динамики. Для этого и нужен кроссовер для акустики.

Аэроакустика

Инструменты модуля «Акустика» позволяют решать задачи вычислительной аэроакустики в два шага. В рамках первого шага, вычисляются характеристики CFD-потока с помощью интерфейсов модуля «Вычислительная гидродинамика». Затем на втором шаге на его фоне решается акустическая задача.

Для этих целей можно использовать FEM-формулировки на основе линеаризованных уравнений Навье-Стокса, Эйлера или потенциального потока. Доступен расчёт осцилляций акустического давления, плотности, скорости и температуры при учёте фонового стационарного изотермического или неизотермического потока, а также конвекционных эффектов, потерь, отражения и дифракции волн в нём. Возможно проведение виброакустических аэроакустических исследований в частотной области.

Геометрическая акустика

В модуле «Акустика» доступны инструменты для инженерного моделирования больших акустических систем на высоких частотах, т.е. в случае если акустическая длина волны намного меньше характерного размера геометрических элементов. Можно использовать формулировку геометрической акустики или акустической диффузии.

Формулировка геометрической акустики позволяет рассчитывать траектории, фазу и интенсивность акустических лучей. Инструменты постобработки позволяет вычислять импульсные отклики, затухание энергии и другие классические для индустрии акустические метрики. Доступна трассировка лучей в среде с неоднородными свойствами, что актуально для задач атмосферной акустики и акустики океана. В этом случае можно использовать специальные встроенные модели материала, учитывающие зависимость скорости звука и демпфирования от вертикальной координаты и свойств среды.

Формулировка на основе уравнения акустической диффузии позволяет исследовать распределение звука в связанных помещениях, а также времена реверберации. Эта методика подходит для упрощенных быстрых оценок акустики в зданиях и аналогичных системах.

Ультразвук в жидкостях и газах

Акустические возмущения на неслышимых человеческим ухом частотах классифицируются как ультразвук. Ультразвуковые волны имеют малые длины волн. Пользователи модуля «Акустика» могут моделировать распространение акустических волн в жидкостях или газах, в т.ч. с учётом фоновых потоков флюида или с учётом нелинейных эффектов.

Решение задач, в которых исследуется распространение акустических волн в системах с размерами, значительно превышающими длину волны, основано на конвекционном волновом уравнении. Типовые области применения: времяпролетные расходомеры, системы выхлопа, биомедицинские устройства, в т.ч. системы для ультразвуковых исследований (УЗИ) и формирования ультразвука высокой интенсивности (в англ. HIFU).

Как сделать обмотку динамика

Намотка катушек динамиков это тонкая и ответственная работа. От качественного её выполнения зависит, будет ли громкоговоритель работать или его придётся выбросить. Сначала старую обмотку следует смотать, при этом считать число витков. Эти данные пригодятся для намотки нового изделия. Если провод не сгорел и не рассыпался витки можно не подсчитывать, а измерить длину проволоки. Затем её диаметр определяется микрометром и на основании этих данных подбирается проволока для перемотки динамика. Часто бывает, что сильно пострадала бумажная гильза. В этом случае придётся не только менять обмотку, но делать самостоятельно новый каркас. Для того чтобы изготовление гильзы и намотка прошло успешно, обязательно понадобится оправка,на которой эти работы будут производиться. Использование оправки сделает работу более удобной и предотвратит деформацию бумажной гильзы в процессе намотки. Если перемотка динамиков своими руками разовая операция, то оправка нужного диаметра делается из любого материала, который легко обрабатывается. Тем, кто постоянно ремонтирует громкоговорители, потребуется набор металлических разрезных оправок.

Разрез нужен для того, чтобы оправку можно было слегка сжать и снять с неё готовое изделие.

Методики расчета индуктивности катушек

Основным элементом катушек индуктивности является токовод. Величина индуктивности определяется конструкцией токовода и его размерами.

Полная индуктивность медного провода круглого сечения длиной lПР

и диаметромd равна

Из (3.1) следует, что индуктивность провода уменьшается с ростом его диаметра. Это свойство широко используют в УКВ аппаратуре для уменьшения индуктивности соединительных проводов за счет увеличения их диаметра.

Если одиночный проводник согнуть, например, в кольцо, то его индуктивность уменьшится из-за встречного направления токов в соседних частях кольца. Однако, для круглого кольца индуктивность будет наибольшей по сравнению с индуктивностью витка любой другой конфигурации, поскольку круглый виток охватывает наибольшую площадь, обеспечивая наибольшее потокосцепление.

Индуктивность круглого плоского витка диаметром D

из провода круглого сечения длинойlПР и диаметромdПР равна

При сворачивании проводника в несколько витков w

одинакового диаметра образуется катушка, индуктивность которой можно определить как суммарную индуктивность всех витков с учетом взаимоиндукцииM между ними:

Индексы при М

указывают на взаимную индуктивность между первым и вторым, вторым и третьим, первым и третьим витками и т.д. Если известен коэффициент связи, который определяется равенством

то индуктивность катушки с произвольным числом витков определяется из

Для сплошной намотки τ=d

Индуктивность многослойной катушки незначительно зависит от диаметра провода, так как определяется в основном взаимоиндукцией между витками.

Из-за трудности определения коэффициента связи выражение (3.5) обычно применяют для расчета катушек индуктивности с небольшим числом витков (обычно не более шести).

Для катушек с однородным замкнутым магнитопроводом (с тороидальным сердечником) выражение для определения индуктивности принимает вид

  • где μ – начальная магнитная проницаемость сердечника (μ =1 для диэлектрического каркаса или воздуха);
  • μ =4π·10-7Гн/м – магнитная постоянная;
  • w – число витков обмотки;
  • S — площадь поперечного сечения катушки;

Таким образом, увеличение индуктивности катушки может быть достигнуто за счет увеличения числа витков, магнитной проницаемости сердечника, площади поперечного сечения магнитопровода, а также уменьшения длины намотки.

В высокочастотных катушках замкнутый магнитопровод как правило отсутствует, поэтому индуктивность катушки будет меньше, рассчитанной по (3.7). Для учета рассеивания магнитного потока на краях катушки вводится поправочный коэффициент k

, который зависит от отношения диаметра катушки к длине намотки

Для практических расчетов однослойных цилиндрических катушек, намотанных виток к витку

(рис.3.2 а), используют выражение

  1. μ – начальная магнитная проницаемость сердечника (μ =1 для катушек без магнитного сердечника);
  2. μ =4π·10-7Гн/м – магнитная постоянная;
  3. w – число витков обмотки;

D

– диаметр катушки;

Для практических расчетов однослойных цилиндрических катушек без сердечника, намотанных с принудительным шагомτ (рис.3.2 б), индуктивность рассчитывают по (3.9), но полученный результат уменьшают на поправкуΔL где τ

– шаг намотки;

L

– индуктивность катушки, определенная по (3.9) приμ =1.

Для практических расчетов индуктивности тороидальной однослойной катушки, намотанной сплошным слоем на круглом магнитном сердечнике прямоугольного сечения

(рис.3.2 в), используют выражение

  • D – внешний диаметр сердечника тороида;
  • d – внутренний диаметр сердечника тороида;
  • h – высота сердечника тороида.

Для практических расчетов многослойных катушек без сердечника

(рис.3.2 г) используют выражение

  1. гдеDCP – средний диаметр катушки;
  2. t — толщина катушки;
  3. l — длина катушки.

Для практических расчетов многослойных секционированных катушек без сердечника

(рис.3.2 д) используют выражение

где LC

– индуктивность одной секции катушки;

n

– число секций;

kCB

– коэффициент связи между смежными секциями, зависящий от отношения(рис.3.3);

b

– расстояние между секциями.

Для практических расчетов плоских круглых спиральных катушек

(рис.3.2 е) используют выражение

где DBH

,DH –внутренний и наружный диаметры катушки, соответственно.

Для практических расчетов плоских квадратных спиральных катушек

(рис.3.2 ж)используют выражение

где АBH

,АH –внутренняя и наружная стороны катушки, соответственно.

Расчет кроссовера

Кроссоверы для акустики авто самодельные

Чтобы подключить 2-полосную(см.Акустическая двухполосная система и ее преимущества) или другую акустику с большим количеством полос к 1 каналу усилителя или ГУ, нужно некое отдельное устройство, разделяющее сигнал. При этом оно должно выделять для каждой полосы свои частоты. Именно такие устройства и называются фильтрами или кроссоверами.

Но что делать, если нужно разделить частоты по иной схеме (к примеру, если комплект акустики собран из отдельных компонентов)? В этом случае речь идет о расчете кроссовера.Отметим сразу, что рассчитать кроссовер совершенно не сложно и даже можно самостоятельно изготовить его.

Кроссоверы для акустики на авто Пионер профессиональные

Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:

Скачиваем специальную программу. Это может быть Crossover Elements Calculator на компьютер;

Специальная программа для расчета кроссовера Crossover Elements Calculator

  • Вводим сопротивления низкочастотного и высокочастотного динамиков. Сопротивление – это номинальное значение сопротивления акустики, выражаемое в Ом. Как правило, средним значением является 4 Ом;
  • Вводим частоту раздела кроссовера. Здесь полезно будет знать, что частоту надо вводить в Гц, но ни в коем случае не в кГц.

Кроме того, надо знать следующее:

  • Емкость конденсаторов, а вернее их значение вводится в Фарадах;
  • Индуктивность рассчитывается в Генри (mH).

Схема расчета фильтра выглядит примерно так:

Как рассчитать фильтр

Расчет кроссовера

Кроссоверы для акустики авто самодельные

Чтобы подключить 2-полосную(см.Акустическая двухполосная система и ее преимущества) или другую акустику с большим количеством полос к 1 каналу усилителя или ГУ, нужно некое отдельное устройство, разделяющее сигнал. При этом оно должно выделять для каждой полосы свои частоты. Именно такие устройства и называются фильтрами или кроссоверами.

Но что делать, если нужно разделить частоты по иной схеме (к примеру, если комплект акустики собран из отдельных компонентов)? В этом случае речь идет о расчете кроссовера.Отметим сразу, что рассчитать кроссовер совершенно не сложно и даже можно самостоятельно изготовить его.

Кроссоверы для акустики на авто Пионер профессиональные

Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:

Скачиваем специальную программу. Это может быть Crossover Elements Calculator на компьютер;

Специальная программа для расчета кроссовера Crossover Elements Calculator

  • Вводим сопротивления низкочастотного и высокочастотного динамиков. Сопротивление – это номинальное значение сопротивления акустики, выражаемое в Ом. Как правило, средним значением является 4 Ом;
  • Вводим частоту раздела кроссовера. Здесь полезно будет знать, что частоту надо вводить в Гц, но ни в коем случае не в кГц.

Кроме того, надо знать следующее:

  • Емкость конденсаторов, а вернее их значение вводится в Фарадах;
  • Индуктивность рассчитывается в Генри (mH).

Схема расчета фильтра выглядит примерно так:

Как рассчитать фильтр

Технические особенности кроссоверов

Большинство современных приборов представляют собой катушки индуктивности и конденсаторы. В зависимости от числа и качества изготовления этих элементов формируется стоимость изделия.

Зачем в кроссовер для акустики входит конденсатор и катушка? Это наиболее простые реактивные детали. Они без особых затрат способны обрабатывать различные звуковые частоты.

Число реактивных деталей влияет на разрядность фильтров: 1 – используется один элемент, 2 – два элемента. В зависимости от числа реактивных деталей, а также схемы кроссовера система фильтрует по-разному те частоты, которые не подходят для конкретных каналов. Можно предположить: чем больше в схеме будет реактивных элементов, тем лучше кроссоверы акустических систем будут фильтровать сигнал. Схемы фильтрации имеют определенную характеристику. Это так называемая «крутизна спада». Другими словами, это чувствительность. В зависимости от уровня «крутизны спада», всю представленную на рынке продукцию может разделить на модели первого, второго, третьего и четвертого класса.

Рис. 89. Схемы разделительных фильтров

Емкости индуктивности и сопротивления соответственно даны в фарадах, генри и Омах. Конденсаторы фильтров выбирают из номенклатуры выпускаемых промышленностью изделий.

Больше всего подходят для разделительных фильтров конденсаторы типа МБГО параметры которых приведены в приложении 6.

Что касается катушек индуктивности, то их изготавливают путем намотки без железного сердечника во избежание искажений, обусловленных перемагничиванием.

Практически оптимальная в смысле максимума отношения индуктивности катушки к ее активному сопротивлению конструкция получается, когда внутренний диаметр цилиндрической обмотки вдвое больше ее высоты L, а внешний диаметр в 4 раза больше h и в 2 раза больше внутреннего диаметра. При этих условиях значение h — (√L/R)/0,866 мм (L, мкГн, R, Ом), длина провода l = 187,3√Lh, число витков N — 19,88 √L/h, — диаметр провода (без изоляции) d=0,84●h/√N, масса провода m = (h3/21,4)●103 кг.

Пример расчёта индуктивности катушки на разомкнутом сердечнике

В качестве примера рассчитаем катушку индуктивности на разомкнутом сердечнике круглого сечения со следующими параметрами: диаметр сердечника dc = 6 мм, длина сердечника lc = 30 мм, катушка состоит из 30 витков провода диаметром dp = 1 мм, намотанных плотно виток к витку в один ряд, магнитная проницаемость материала сердечника μr = 600.

1.Рассчитаем индуктивность катушки без сердечника. Так как катушка намотана в один ряд, то для упрощения вычислений мы будем рассчитывать её как соленоид. Длина катушки составит lk = 30*1 = 30 мм, а диаметр катушки dk = dcp = 30,5 мм.

2.Вычислим эффективную магнитную проницаемость сердечника

3.Рассчитаем поправочные коэффициенты на длину катушки и на расположении на сердечнике. Так как длина катушки совпадает с длинной сердечника и смещение катушки относительно сердечника отсутствует, то поправочные коэффициенты будут равны 1, тогда индуктивность данной катушки составит

В качестве второго примера рассчитаем индуктивность магнитной антенны выполненной на сердечнике из феррита марки 600НН, размерами lc = 160 мм, dс = 8 мм, количество витков провода w = 60, диаметр провода dр = 0,15 мм. Катушка смещена на 30 мм относительно середины сердечника.

1.Рассчитаем индуктивность катушки без сердечника. Так как катушка намотана в один ряд, то для упрощения вычислений мы будем рассчитывать её как соленоид. Длина катушки составит lk = 60*0,15 = 9 мм, а диаметр катушки dk = dcp = 8,075 мм.

2.Вычислим эффективную магнитную проницаемость сердечника

3.Рассчитаем поправочные коэффициенты на длину катушки и на расположении на сердечнике. Коэффициент, учитывающий расположение катушки на сердечнике составит

Коэффициент, учитывающий отношение длины катушки по отношению к длине сердечника составит

4.Рассчитаем индуктивность магнитной антенны

Данная статья заканчивает цикл расчётов индуктивности катушек с различными конструктивными параметрами.

Скажи спасибо автору нажми на кнопку социальной сети

  • Молодая Земля могла потерять до 40% своей массы
  • Принцип метода проточной цитометрии в клинической лабораторной диагностике
  • Астрономы впервые увидели, как «кипит» красный гигант
  • О мире вокруг нас: почему Луна видна днем?
  • Загрязнение воздуха ТЭЦ. Экология ТЭЦ
  • Атмосферное давление: нормальное, пониженное и повышенное
  • Строение клетки человека. Определения. Основа основ
  • Простейший преобразователь гравитационной энергии в механическую
  • Управление судном на мелководье и в узкости
  • 8. Юбки полусолнце, три четверти солнца и солнце — Юбки — Раскрой и шитье женской одежды — Всё о шитье

← Горячая линия Тинькофф Банк. Номер телефон поддержкиКак настроить геймпад: три эффективных способа →

Рис. 90. Схема бескаркасной намотки катушки

Если есть возможность, то для полимеризации клея катушку запекают в термостате при температуре 140 — 160° С в течение 1 ч.

Если такой возможности нет, то катушка должна быть высушена при комнатной температуре в течение суток. Иногда провод, в качестве которого предпочитают марку ПЭЛ, бывает покрыт каким-либо маслом.

Тогда перед намоткой или в ее процессе провод нужно протереть ваткой, смоченной смесью из 50% спирта и 50% бензина или, в крайнем случае, чистым бензином. Собранный и смонтированный фильтр, т. е. его конденсаторы и катушки, размещают на полочке, укрепленной внутри корпуса АС. Разумеется, все электрические соединения должны быть хорошо пропаяны во избежание шорохов и тресков, могущих возникнуть из-за плохих контактов.

Как провести самостоятельно?

Выбор и расчет устройства – это важная часть работы. Нет компании, которая смогла бы выпустить совершенную акустическую систему, передающую звуки в разных диапазонах, сопровождая при этом качественным звучанием. Сабвуферы применяют для исполнения сигналов с низкой частотой. Среднечастотные динамики используются для передачи средних звуков. Но если станет звучать это все одновременно, то произойдет путаница. Поэтому и используют кроссовер в акустической системе. Он помогает распределить сигнал и передать их в конкретный динамик.

Для подключения двухполосной или иной системы к усилителю подключают фильтр, который делит сигнал. Если приобретать комплект акустики, то в наборе уже будет пассивный кроссовер, который был произведен изготовителем.

Как поступить, если необходимо распределить звук по иному методу? Это можно произвести с помощью компьютерной программы. Для этого подойдет Crossover Elements Calculator.

Для этого введите данные сопротивления динамиков НЧ и ВЧ. Обычно они равняются 4 Ом. Затем добавьте частоту, которую прибору нужно будет распределить. Потом добавляют порядок устройства. Дальше подождите, пока компьютер покажет результат.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Editor
Editor/ автор статьи

Давно интересуюсь темой. Мне нравится писать о том, в чём разбираюсь.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Басы в технике
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector