Расчет звуковой катушки и громкоговорителя

[LDS]

Если просто взять и собрать громкоговоритель из отдельных частей, то получится то, что получится. Опытные конструкторы знают как собрать ГГ и получить нужные параметры с небольшим разбросом. Профи утверждают, что все параметры будущего ГГ можно рассчитать заранее, на стадии подбора комплектующих с высокой точностью.

Расчет звуковой катушки громкоговорителя

docs.google.com

По ссылке на таблицу Google (Excel) - расчет звуковой катушки будущего ГГ и всех его параметров. Его можно скачать или работать онлайн на 1 листе. В ячейках прописаны формулы из различных книг и справочников. В таблице прописано несколько моделей советских и зарубежных ГГ. Ниже пустые строки для Ваших расчетов. Если нужно больше, просто копируете строку (чтобы взять все формулы) и вставляете ее ниже или выше. Для удобства чтения, некоторые ячейки не представлены в системе СИ, в формулах это учитывается. Есть желание помочь или нашли ошибку - пишите здесь.

Значение	Формула	Примечание	Источник
Удельное сопротивление на 1 м провода, Ом/м			Справочник радиолюбителя - Терещук
Mc - удельный вес меди в проводе, г/м
Mw - удельный вес провода, г/м	1,021*Mc
Le - индуктивность катушки		2 формула
Sd		Эффективная площадь мембраны S, также называемая площадью поршня, обычно получается при измерении диаметра конуса, который включает 1/2 ширины окружения. Это значение является хорошей оценкой для S, если движение окружения линейно, но на практике оно может меняться. Программа MLSSA предлагает значение диаметра, которое включает только 1/3 ширины окружения.	LIMP
Mair	Mair = 0,5658*S^3/2	Для динамика без корпуса масса воздушной нагрузки составляет половину массы воздушной нагрузки в бесконечной перегородке.	LIMP
Mms	Mmd+Mair	Механическая масса мембраны Мmd плюс масса воздушной нагрузки на мембрану Мair	LIMP
Mms		Формула №2, не используется в расчете
Cms			По материалам Klippel Так же гибкость может быть рассчитана по приведенным формулам из формулы Fs
fs			LIMP Конструирование громкоговорителей..., Виноградова
Qts		Выведена из формулы для корпуса	Конструирование громкоговорителей..., Виноградова
Qes		Выведена из формул	Из программы LIMP
ρ	1,18 кг/м3	Плотность воздуха из уравнения Клапейрона при 25 °C
с	346 м/с	Скорость звука при 25 °C
Vas			LIMP Конструирование громкоговорителей...", Виноградова
КПД			LIMP Eargle
Звуковое давление 2,83 В/м			Из программы LIMP
Звуковое давление Вт/м			Из программы LIMP
Чувствительность

Автор таблицы Константин, я ее немного дополнил. Так же в расчете помогает Станислав.

 

[Дмитрий Рутковский]

Профи утверждают, что все параметры будущего ГГ можно рассчитать за ранее, на стадии подбора комплектующих с высокой точностью, вот только секретами не делятся.

На днях в теме про провод выложил небольшой расчёт провода. Добавить туда расчёт длины провода катушки динамика, его веса и Re дело 10-20-ти минут. Добавить высоту зазора и индукцию и можно получить Mwg и BL. Для BL ещё нужен х, но его на начальном этапе можно взять вообще любой, потом никогда не поздно скорректировать. Всего суммарно на все такие расчёты надо пол-часа. Кол-во проводов значения не имеет, строчки добавляются простым копированием, в ручную надо только менять диаметр.

Дмитрий. У Вас ошибка в таблице с самого начала: у меди удельный вес, а не масса.

 

[LDS]

Тогда проще написать вес 1 м провода, в г.

измеренные	с доп. масой	коэф. разницы
Fs = 36,6 Гц Re = 6.12 ohm[dc] Qt = 0.47 Qes = 0.54 Qms = 3.85 Mms = 28.39 grams Rms = 1.64 kg/s Cms = 0.67 mm/N Vas = 42,8 л Sd= 214 Bl = 8.6 Tm ETA = 0.37 % SPL = 90,1 37.50 grams 16.50 cm	Fs = 23,8 - - Qes = 0.83 - Mms = 65,88 - - - - - ETA = 0,07 Lp(2.83V/1m) = 104,8 - -	1,54 - - 1,54 - 2,32 - - - - - 5,28 1,16 - -

 

[Дмитрий Б.]

Тогда проще написать вес 1 м провода, в г.

Тогда Mms, Mmd и прочие М тоже обзываем весом.
Иначе получается Мms у нас масса, а Мс и Mw вес.
Только вот по общеизвестной формуле при массе в 1 г вес будет = 9,91 Н.
Т.к. форум технический и тема с претензией на расчеты, предлагаю называть физические величины своими именами.

 

[MacSys]

И всегда с ошибками

Для таких нудных как ты:

5-ый знак после запятой, особой погрешности в расчет не вносит от слова совсем.

 

[Andy_PL]

Обновил расчет v1.1

• изменены некоторые названия
• для удобства, вверху, добавлены пустые строки
• добавилены Qts и Vas
• добавлено несколько примеров (выделено цветом) на измеренных головках, расчет сходится

Дмитрий, а 50ГДН-3-4 сами обмеряли? У меня из 4 шт Vas был, по памяти, 90-100л методом известного обЪёма, в ящиках от 027 Амфитонов с законопаченными отверстиями. Я где-то ошибся, или дины у вас не серийные?

 

[LDS]

Дмитрий, а 50ГДН-3-4 сами обмеряли?

Да, но если точно то это 25гд-41.

 

[Dimon SSSR]

В таблице последние формулы от Виноградовой, а измерены динамики компьютером. Все совпало.

Остался последний замер - АЧХ...
Если совпадёт с расчётами падение на резонансе от полки - тогда точно класс! smile_6

 

[Viktar]

https://www.researchgate.net/publication/292838593_Dynamic_measurement_of_loudspeaker_suspension_parts

Dynamic measurement of loudspeaker suspension parts | Request PDF

Request PDF | Dynamic measurement of loudspeaker suspension parts | The nonlinear stiffness K(x) of suspension parts (spider, surrounds, cones) and passive radiators (drones) are measured versus displacement x over... | Find, read and cite all the research you need on ResearchGate

www.researchgate.net

В Voice Coil было сравнение измеренной жёсткости подвески статическим и динамическим методами.
В любом случае, при известной жёсткости дальше рассчитать параметры не проблема.

 

[Дмитрий Рутковский]

Считали по этим формулам индуктивность катушки, например 75ГДН? Можете выложить расчёт?
В следующей сточке L - это Le из предыдущей формулы или это другое? А М что такое?

Не вижу расчёта потерь. Из 100% подаваемой мощности надо вычесть КПД - это потери. В формуле КПД добротность в знаменателе, чем больше добротность, тем ниже КПД и больше потерь. Игорь с компанией Вас обманывают. Что важно: делают это сознательно и целенаправленно.

Тему надо переименовать. Это расчёт громкоговорителя, а не только его катушки.

 

[LDS]

Считали, там 2 формулы. 0,82 мГн и 1,27 мГн. Вторая формула в таблице 1 поста. Первую формулу нужно смотреть по ячейкам, не помню где брали.
L это длина всей намотки.
Просто М нет, уточните что имели в виду.

 

[Дмитрий Рутковский]

Вы сами не знаете что у Вас в таблице. Вот М:

L - это длина всего провода катушки? В метрах? А М в чём? Неужели в килограммах?

 

[MacSys]

Да M в кг. а L в метрах систему Си никто не отменял!

 

[LDS]

L - это длина всего провода катушки?

Вот о чем. Это расстояние, которое подвижка пройдет при воздействии на нее груза массой М. в метрах конечно же.

 

[Дмитрий Рутковский]

Ну и какое расстояние? Как посчитали?

Пока разбираетесь с непонятками, выложил калькулятор по формулам давления и чувствительности: тыц.

 

[MacSys]

Rms - сопротивление механических потерь в подвижных частях ГГ (сопротивление механических потерь в подвесах) кг*сил
Rmax(Zmax) - полное сопротивление головки на частоте резонанса Ом

 

[Игорь С]

Зачем искать. Давай прямо сейчас напиши что будет с КПД при росте добротности. Это и будут твои слова.
Даже если не напишешь, то каждому понятно, особенно в этой теме, что чем выше добротность, тем ниже КПД. Потерь при росте добротности с твоих слов меньше, а при понижении КПД больше.

Легко. Меньше потерь - больше потерь.

Вовремя зашел - это меня Д.Р. вспоминает - я тоже Игорь и это я утверждал, что с низкой добротности высокие потери. В чем недопонимание? был динамик с добротностью 0,4, КПД 1%. Мастер намотал катушку в 4 слоя, добротность стала 0,2, КПД 2%. За счет чего добротность стала 0,2? За счет электрических потерь! Катушка сильнее тормозит подвижку и валит добротность.
С законами физики не нужно спорить, их нужно понимать. Д.Р. если до сих пор путаетесь в устройстве и работе динамика, прочитайте внимательно всю статью.

 

[Диванный аудиофил]

Из статьи нашего сайта.
При снижении электрической добротности - измеренная механическая добротность возросла
Кпд динамика выросло (косвенный показатель Zmax возрос на скрине)
Общая добротность кстати не используется в формуле расчета кпд

При утяжелении динамика механическая добротность упала, электрическая наоборот возросла
КПД динамика снизилось (косвенный показатель Zmax)

Гооолоооваааа! Я бы тебе палец в рот не положил бы!

"Высокая добротность – это когда потери малы," https://ldsound.info/q-factor-of-the-speaker-what-is-it/

Кстати там же упоминается что оптимальная общая добротность для ровной полки в ЗЯ равна 0.7
При усилении мотора общая добротность упадет и будет завал по низким частотам
Так что высокий КПД это не показатель качественного звучания

 

[NiCobalt]

В этой теме мы пытаемся сделать расчет для ГГ на стадии проектирования.

на стадии проектирования цель сделать лучше что либо (катушка, цш, подвес,дифузор - все все все) и все это приводит к добротности "маленькой" а не большой =)
Не может такого быть что взяв к примеру ГДШ и заменив подвес на резиновый мы получим увеличение КПД - это невозможно =)
И если взять обычную катушку и заменить ее на намотанную в 2 провода параллельку у нас КПД не поднимется =)

а далее вопросы идут не связанные с расчетами но контролируемые если нужно еще больше кпд поднять - к примеру вопрос клея для сборки \ много разных вариантов

 

[LDS]

на стадии проектирования цель сделать лучше что либо

А какие будут доказательства этого действия? Понятно, что лучше хочется сделать. А где граница этого "лучше"? К какому весу стремится, к какой намотке и т.д.?

 

[MacSys]

Моделируя в очередной раз головку в программе COMSOL, наткнулся на такую статейку в которой описывается процесс появления нелинейных искажений в звуковой катушке. На данный момент про THD упустим, тут вопрос куда более душещипательный, а точнее BL фактор и что с ним делать а самое главное на какой Х нужно умножить, что бы увеличились продажи!
Дано:

громкоговоритель конический
(Площадь диффузора и площадь магниту на данный момент исключаем), нас интересует следующее
- N0 количество витков катушки 100 витков, сечение провода 2.4e-8[m^2]
- r радиус катушки 0.0168м

- среднее значение индукции в зазоре 0.909Тл

- высота зазора 8мм
- высота намотки 9.5мм
Нехитрым способом находим длину провода катушки:

11.687м полная длина проводника рассчитана, умножив длину на среднее значение индукции 0.909Тл получили BL в районе 10.623Тл*м(N/A) вроде бы всё понятно.
По утверждению знаменитого Дмитрия Р, он же ДР, он же Рутковский, нужно умножать индукцию, только тот участок проводника который непосредственно находится в зазоре. Зададим вопрос программе COMSOL:

Программа так же тонко намекает, что всё таки BL фактор (коэффициент электромеханической связи) в пределах 10.6хТл*м, что в пересчете показывает, индукцию 0.91Тл и длину провода 11.68м, разрешение по вертикали одна клетка это одна десятая единицы.

И тут начинается самое интересное, в программе загоняем катушку в критически крайние положения:

Судя по визуализации, катушка увлекает за собой магнитный поток в зазоре:

в момент времени 0,050857s когда катушка находится в крайнем положении, индукция в зазоре равна 0.8149Тл , BL фактор 9.523Тл*м(N/A)

Индукция и BL фактор в положении катушки внутрь зазора немного больше, это видно и по графику.

И всё таки, я хочу понять, а в каком месте я должен получить BL = B*L*X что это за мифический параметр то такой Х? Если в нейтральном положении катушки, величина BL соответствовала произведению индукции в зазоре и полной длине проводника в катушке.

А если кто-то хочет воскликнуть "позвольте" почему это после измерений параметров Тилля & Смола, BL фактор не соответствует произведению длины проводника на индукцию, а всё предельно просто, параметр как коэффициент электромеханической связи описывает эффективность головки в тех условиях в которых был произведен замер. Параметр занижен по причине того, что головка была помещена в измерительный объем или на рабочую поверхность диффузора добавлена дополнительная масса в виде грузика. Вот тут и начинается самое интересно, а всё такие, как же посчитать параметр Rms (rms = mechanical damping parameter and drag force) они же

— механическое сопротивление подвеса подвижной системы (определяет «потери» в подвесе), Н·с/м

 

[LDS]

Судя по визуализации, катушка увлекает за собой магнитный поток в зазоре:

Индукция вылетает из зазора при крайних положениях катушки?

 

[MacSys]

Нет, индукция остаётся там где и была, линии показывают связь магнитного потока в цепи постоянного магнита, и магнитного потока катушки. А то что индукция стала меньше, так это из за того что катушка просто покинула область с максимальной индукцией, называется предельная шумовая мощность. Суть в том, что нет знаменитых "холостых витков Рутковского" все витки, даже на значительном удалении от магнитного зазора, всё равно остаются в электро.магнитном зацеплении.

 

[NiCobalt]

- среднее значение индукции в зазоре 0.909Тл

Катушка 9.5 мм длины намотки а половина этой длины 4.75 мм а между ними 0 - это геометрический - 0
Фланец имеет тоже свой 0 он находится посередине длины .
И керн =) мать его тоже имеет свой 0

По магнитопроводу у нас в 0 максимальная проницаемость а значит и пик поля наибольший .

Немного кривой пример но думаю сойдет =)
"Среднее" (в кавычках) тут как видно находится где то по середине ок. 4 мм длины =)
Есть ли смысл искать середину на 5 мм ? или 3 ? - он есть если это узкополосный динамик будет но и в сл. ШП имеем нек. требования =)
К примеру если я ставлю задачу чтобы моя подвижка отклонялась пик-пик 2 мм при (до) 4.5 мм длины намотки катушки значит нужно обеспечить опр. хар. поля на эту рабочую длину и как бы результат на картинке . Кривой пока что =( ... Сделаю лучше =)
Но там и вопрос зависимости поля от частоты и вот как бы подобной картинкой можно ставить в угол многие модели СЧ и ВЧ мс =)
А вопрос лишь в том что в зависимости от частоты форма поля создаваемая катушкой она разная .
В сл. частоты маленькой пик этого поля может почти что доходить до края намотки а в сл. частоты большой он всегда находится в середине длины намотки .
Существенно ли изменятся характеристики на ВЧ когда подвижка в этом сл. уйдет на 2 мм ? =)
А прямой участок полюса имеет всего 6.2 мм длины на этой модели .
На частоте низкой тоже проблем не будет т.к. магнитопровод отдален от пучка пика поля катушки .
И при этом катушка вся находится в магнитопроводе и (на рассуждение зрячих) равномерном поле .
Ах да =) медный каркас еще свою работу сделает и тонкости связанные с "неравномерностями" сигнала на выходе в зависимости от распределения индукции и ост. вопросов как то поверхности обработки магнитопровода будет "сглажена" и разумеется это вопрос потерь (хрен поспоришь) но есть и др. "положительные" тонкости связанные с медным каркасом =)

Далее "среднее" еще более усредняется =)

По утверждению знаменитого Дмитрия Р, он же ДР, он же Рутковский, нужно умножать индукцию, только тот участок проводника который непосредственно находится в зазоре. Зададим вопрос программе COMSOL:

Да зачем ? Оно даже поле отрисовать толком не может )))
Знакомая картинка ?

еще раз =)

Судя по визуализации, катушка увлекает за собой магнитный поток в зазоре:

Почему не меняется насыщение на углах магнитопровода ?
Слева катушка отталкивается и видно линии выходят из зазора но почему то на проницаемость это не влияет .
Справа катушка отталкивается и тоже видно линии которые выходят из зазора но общая картина не соответствует действительности как и в 1 сл.
Или частота под 10к + или насыщение сумасшедшее .
Второе не вариант ведь 1.2 это туфта а первый сл. слишком неоднозначен т.к. пучок линий находится хоть и не далеко 0 катушки но на краю полюса где проницаемость минимальная в таком конструктиве МС . Где ошибка ?

когда катушка находится в крайнем положении, индукция в зазоре равна 0.8149Тл , BL фактор 9.523Тл*м(N/A)

Разница в 0.1 это или средне высокие частоты или мощность мизерная .
Не вяжется реакция магнитопровода .
И если среднее значение 0.814 тогда оно где ? где то в 0 по фланцу или катушке или накой вообще эти цифры если ни хрена не ясно и сравнить невозможно ? _da
И самое бл* замечательное что кое какой намек на действительность все же есть - на 2й картинке но не связано с 1м вариантом =(


п.с. получается если было 0.91 в 0 отметке А стало 0.81 значит в условии когда катушка опустилась в низ должно быть на 0.1 больше + % с насыщения это 1.1 по низу фланца .
п.с... =) значит сверху у тебя 0.71- ? Если понял что происходит значит учись считать длину в опр. месте на поле при опр. условиях и ток не забудь ! =)

Нет, индукция остаётся там где и была,

не правда =) Есть там чему влиять на индукцию и она никогда не остается на месте =)

линии показывают связь магнитного потока в цепи постоянного магнита, и магнитного потока катушки.

Линии показывают влияние эл. поля катушки на поле магнитное цепи

Суть в том, что нет знаменитых "холостых витков Рутковского" все витки, даже на значительном удалении от магнитного зазора, всё равно остаются в электро.магнитном зацеплении.

Причем тут Д.Р. ?
Разве так тяжело нарисовать 1 виток в 1 мм от зазора и посмотреть что случилось ?
А нету там того поля которое может быть существенным для выполнения работы А вот длина провода с сопротивлением и массой есть И % этот влияет на потери и так получается что чем больше та длина тем больше потери .

Индукция вылетает из зазора при крайних положениях катушки?

Ответ в видео и описании ранее тебе высылал
тема схожая очень разве что из разных миров
практики и симуляции ... бутафории комсола =)

 

[Комелев Константин]

Моделируя в очередной раз головку в программе COMSOL, наткнулся на такую статейку в которой описывается процесс появления нелинейных искажений в звуковой катушке. На данный момент про THD упустим, тут вопрос куда более душещипательный, а точнее BL фактор и что с ним делать а самое главное на какой Х нужно умножить, что бы увеличились продажи!
Дано:
Посмотреть вложение 72991
громкоговоритель конический
(Площадь диффузора и площадь магниту на данный момент исключаем), нас интересует следующее
- N0 количество витков катушки 100 витков, сечение провода 2.4e-8[m^2]
- r радиус катушки 0.0168м
Посмотреть вложение 72992
- среднее значение индукции в зазоре 0.909Тл
Посмотреть вложение 72993
- высота зазора 8мм
- высота намотки 9.5мм
Нехитрым способом находим длину провода катушки:
Посмотреть вложение 72994
11.687м полная длина проводника рассчитана, умножив длину на среднее значение индукции 0.909Тл получили BL в районе 10.623Тл*м(N/A) вроде бы всё понятно.
По утверждению знаменитого Дмитрия Р, он же ДР, он же Рутковский, нужно умножать индукцию, только тот участок проводника который непосредственно находится в зазоре. Зададим вопрос программе COMSOL:
Посмотреть вложение 72995
Программа так же тонко намекает, что всё таки BL фактор (коэффициент электромеханической связи) в пределах 10.6хТл*м, что в пересчете показывает, индукцию 0.91Тл и длину провода 11.68м, разрешение по вертикали одна клетка это одна десятая единицы.
Посмотреть вложение 72998

И тут начинается самое интересное, в программе загоняем катушку в критически крайние положения:
Посмотреть вложение 72996
Судя по визуализации, катушка увлекает за собой магнитный поток в зазоре:
Посмотреть вложение 72997в момент времени 0,050857s когда катушка находится в крайнем положении, индукция в зазоре равна 0.8149Тл , BL фактор 9.523Тл*м(N/A)

Посмотреть вложение 73003
Посмотреть вложение 73004
Индукция и BL фактор в положении катушки внутрь зазора немного больше, это видно и по графику.

И всё таки, я хочу понять, а в каком месте я должен получить BL = B*L*X что это за мифический параметр то такой Х? Если в нейтральном положении катушки, величина BL соответствовала произведению индукции в зазоре и полной длине проводника в катушке.

А если кто-то хочет воскликнуть "позвольте" почему это после измерений параметров Тилля & Смола, BL фактор не соответствует произведению длины проводника на индукцию, а всё предельно просто, параметр как коэффициент электромеханической связи описывает эффективность головки в тех условиях в которых был произведен замер. Параметр занижен по причине того, что головка была помещена в измерительный объем или на рабочую поверхность диффузора добавлена дополнительная масса в виде грузика. Вот тут и начинается самое интересно, а всё такие, как же посчитать параметр Rms (rms = mechanical damping parameter and drag force) они же

— механическое сопротивление подвеса подвижной системы (определяет «потери» в подвесе), Н·с/м

Правильно ли я Вас понял?
Пусть есть МЦ с более-менее ровным полем в зазоре. Поместили тудой катушку, которая больше высоты зазора. Пока в катушке нет тока, то и особо больших изменений нет. Подали ток, катушка пошла вверх и увлекла за собой поле из зазора. Пошла вниз и тоже самое?
Вопрос:
1. Увлекла столько же, склько было в зазоре?
2. Там, где она его взяла осталось столько же или стало меньше?

 

[On1y]

- среднее значение индукции в зазоре 0.909Тл

Может, всё таки, среднее значение индукции в зазоре - 0,97 Тл?

Горепользователь программ. Так называемый параметр средней индуктивности в зазоре, у тебя - это средняя индуктивность, воздействующая на катушку, никакого отношение не имеющая к средней индуктивности в зазоре.

 

[MacSys]

Может, всё таки, среднее значение индукции в зазоре - 0,97 Тл?

Не исключено что даже 1Тл, есть подозрение, что COMSOL мог показывать распределенную индукцию по всей длине катушки.

Я б с удовольствием пересчитал бы проект, указав больше точек измерения. Текущий проект в таком виде считается на рабочем ПК более 4-х часов.

 

[Resistorius]

Параметр занижен по причине того, что головка была помещена в измерительный объем или на рабочую поверхность диффузора добавлена дополнительная масса в виде грузика.

Неверно мыслите. Так же как и зделали неверны вывод когда первы раз пару месяцов назад повторили експкримент с грузиком.
Первы замер фрее айр делается для того чтобы программа имела точку отсчёта.Программе неизвестны параметры подвижки ,ни жёсткость подвеса ни шайбы ни вес ,ни ещё чего либо. Измерив падение напряжения - ток ,программа берет ету величину за точку отсчёта-условно 0. Далее добавляем грузик,мерим. В ручную вводим часть параметров требуемых для расчёта. Все. Программа считает параметры по второму замеру и данными которые только что были введены.

 

[MacSys]

Так же как и зделали неверны вывод когда первы раз пару месяцов назад повторили експкримент с грузиком.

Ссылка на пост есть?

 

[Resistorius]

У меня нету .Лень искать но запомнилось .
Там вы ложили грузик на дифузор и меряли ток. Потом считали NA исходя из веса груза. Только неучли вес дифузора, жёсткость подвеса и цш. А для измериловки жёсткость и груз ето тоже самое. Или упругость воздуха в объёме.
Здесь тоже самое,- списываете на потери..