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.

В данном посте есть ссылка на таблицу Google (Excel) по расчету 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.

Расчет звуковой катушки громкоговорителя

docs.google.com

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.

 

[LDS]

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

 

[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!

 

[Viktar]

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

https://www.researchgate.net/publication/228902277_Dynamic_measurement_of_loudspeaker_suspension_parts

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

 

[LDS]

v1.2, добавили:

• средний радиус и диаметр намотки;
• толщину намотки с каркасом и без;
• индуктивность катушки Le (пока тестово);

 

[LDS]

Таблица обновилась.
Пока застопорились на вычислении Rms, Qms и Qts.

 

[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]

выложил калькулятор по формулам давления

А "Сопротивление провода" так же указывать того кусочка что в зазоре или общее?

 

[Дмитрий Рутковский]

Re - это всегда сопротивление на клеммах динамика. Ни разу не было другого мнения. Потому что сопротивление всегда участвует в параметрах.
В отличии от него вся длина провода в работе не участвует. Например при заявленной в первой же строке мощности (1 Вт) работает длина провода в зазоре и ещё чуть-чуть. Остальной провод никогда не бывает в зазоре в процессе измерений. Тут ключевое слово никогда. Но ведь так хочется по-больше, чтобы добротность была по-ниже и потерь по-больше. Правда по расчётам выходит потерь меньше, но Игорь сказал что больше, верить надо конечно Игорю. Вера - всё, знания - ничто.

 

[MacSys]

Потому что сопротивление всегда участвует в параметрах

Глупость какая то, указыавать сопротивление всего провода, а длину только куска что в зазоре. Это как квартира 250м2, а за отопление указывать жилую площадь как 15м2 а остальное куда?

 

[Дмитрий Рутковский]

Тогда зазор не нужен. Делаем его высотой миллиметр, индукция огромная, провод всё равно весь в расчёт подставляем. Больше индукция - давление по расчёту выше. Правда по измерениям выйдет наоборот. Но кого тут волнует реальность. Фантазии рулят.

С квартирой хорошая аналогия. Греть будете всю квартиру, т.е. катушку, а жить в одной комнате. В процессе измерения выходить из комнаты не будете, было ли тепло в туалете или холодно - без разницы, Вы никогда об этом не узнаете и соответственно учесть не сможете.

 

[Игорь С]

Re - это всегда сопротивление на клеммах динамика. Ни разу не было другого мнения. Потому что сопротивление всегда участвует в параметрах.
В отличии от него вся длина провода в работе не участвует. Например при заявленной в первой же строке мощности (1 Вт) работает длина провода в зазоре и ещё чуть-чуть. Остальной провод никогда не бывает в зазоре в процессе измерений. Тут ключевое слово никогда. Но ведь так хочется по-больше, чтобы добротность была по-ниже и потерь по-больше. Правда по расчётам выходит потерь меньше, но Игорь сказал что больше, верить надо конечно Игорю. Вера - всё, знания - ничто.

Глупость какая то, указыавать сопротивление всего провода, а длину только куска что в зазоре. Это как квартира 250м2, а за отопление указывать жилую площадь как 15м2 а остальное куда?

Опять логика подвела: тут ключевое - при измерениях на 1 Вт. При работе на номинальной мощности, т.е. на линейном ходе работают все витки. Это не глупость - а плата за обеспечение линейного хода.
Это не Игорь сказал, а физика. Вы чем добротность пониже обеспечиваете - тормозами. А тормоз - это всегда потери.

Глупость какая то, указыавать сопротивление всего провода, а длину только куска что в зазоре. Это как квартира 250м2, а за отопление указывать жилую площадь как 15м2 а остальное куда?

Не так выразился - работу или силу создает, конечно, только часть провода, находящаяся в магнитном поле МС. Остальная часть провода обеспечивает линейный ход.

 

[Дмитрий Рутковский]

Если хода почти нет, например при измерении на 1 Ватте, что делает остальная часть провода? Надо ли её учитывать в расчёте давления, чувствительности и КПД?
Напомню, если кто забыл: расчёт должен совпадать с измерением. Если не совпадает - грош цена такому "специалисту по расчётам и измерениям".

 

[Игорь С]

Разумеется провод вне магнитного поля не работает. Но создает индуктивность, сопротивление, вес катушки, значит учитывается в расчете, но я расчеты не делал и не вникал.

 

[Дмитрий Рутковский]

я расчеты не делал и не вникал.

Но никогда не поздно начать вникать. Например в расчёт давления, чувствительности и КПД. Конечно провод вне зазора влияет, влияют его индуктивность, сопротивление и вес и все эти влияния в знаменателе, потому что чем они больше, тем КПД и всё остальное меньше.
Всё время норовят засунуть провод вне зазора в числитель, рассказывая что чем больше провода вне зазора, тем больше давление.
Теперь, когда есть первый пост этой темы и формулы - можно точно посчитать потери и оценить перспективы их увеличения и уменьшения.

Это не Игорь сказал, а физика. Вы чем добротность пониже обеспечиваете - тормозами. А тормоз - это всегда потери.

Вы физику в школе прогуливали. У динамика тормоз называют мотором, причём мотором гораздо чаще. Чем выше КПД, тем быстрее разгон подвижки и ниже добротность. Тормозится подвижка тоже мотором, отдельного тормоза у динамика нет. Для тех, кто в первый раз тему читают: мотор динамика - это цепь и катушка. Можно мотор тормозом назвать - суть не меняется.

Дмитрий почему-то не спешит доделывать таблицу. Мог бы уже давно довести расчёт КПД и потерь. Тогда можно будет посчитать потери любого динамика, сравнить с другим и сказать у какого потерь больше. Специалисты прежде чем рассказывать всё проверяют расчётом.

 

[MacSys]

Разумеется провод вне магнитного поля не работает. Но создает индуктивность, сопротивление, вес катушки, значит учитывается в расчете, но я расчеты не делал и не вникал.

Нужно определится, он (провод) работает или нет, если не работает, значит и не создает:

индуктивность, сопротивление, вес катушки

А если всё таки работает? то почему сопротивление и индуктивность катушки указывается от всей длины провода, а в расчет, почему то вносится кусочек провода?

Или это опять хотелки от Рутковского, которые не имеют документального подтверждения?

 

[Дмитрий Рутковский]

почему сопротивление и индуктивность катушки указывается от всей длины провода, а в расчет, почему то вносится кусочек провода?

Потому что надо было физику в школе учить.
Ток определяется напряжением на клеммах и сопротивлением провода между этими клеммами. А КПД, давление и чувствительность взаимодействием этого тока, точнее магнитным полем им создаваемым с магнитным полем в зазоре. Ничто другое в динамиках звуковое давление создавать не может. Только взаимодействие полей. В первом приближении можно рассматривать каждый виток отдельно, его поле и поле цепи находящееся там же, где рассматриваемый виток.

Во-первых не все бывают, а при измерении на 1-ом Ватте не будут никогда, во-вторых нужно рассматривать создаваемую работу в каждый момент времени: вот прямо сейчас столько витков находятся в такой-то индукции, а столько-то в другой, всё перемножили, сложили - получили КПД. В другой момент времени другой расклад. Если так считать все динамики, в смысле одинаково, тогда их можно сравнивать. Если у одних использовать коэффициент х 1.2, у других 1.5, у третьих 1.7 - будет не сравнение, а цирк. Особенно учитывая что дилетанты наотрез отказываются рассказать почему применяют именно такой х, а не другой. Не рассказывают потому что сами не ведают что творят.

 

[Игорь С]

Не будьте как Игорь, который считает что все витки бывают в зазоре, значит их все надо учитывать. Во-первых не все бывают, а при измерении на 1-ом Ватте не будут никогда, во-вторых нужно рассматривать создаваемую работу в каждый момент времени: вот прямо сейчас столько витков находятся в такой-то индукции, а столько-то в другой, всё перемножили, сложили - получили КПД. В другой момент времени другой расклад. Если так считать все динамики, в смысле одинаково, тогда их можно сравнивать. Если у одних использовать коэффициент х 1.2, у других 1.5, у третьих 1.7 - будет не сравнение, а цирк. Особенно учитывая что дилетанты на отрез отказываются рассказать почему применяют именно такой х, а не другой. Не рассказывают потому что сами не ведают что творят.

Я уже и картинку прикладывал, и могу красным по белому: при работе динамика нет холостых(паразитных и т.д.) витков, так устроен мотор с длинной катушкой. При работе БЛ не должен меняться. Именно для этого нужна индукция 1,5 Тл, КЗ кольца, длинная катушка. В любой момент времени Б и Л не меняется, пока катушка не выйдет из поля при превышении Хmax, тогда Л уменьшится, и сила катушки уже не будет линейно зависеть от силы тока - возникают нелинейные искажения.
Не нужно с больной головы на здоровую перекладывать - как можно не учитывать провод катушки? Учет происходит при вводе параметров динамика.

 

[Дмитрий Рутковский]

По Вашему надо считать всю катушку в любом случае, без разницы в зазоре она или нет. Тогда нет никакого смысла делать высокий зазор и тем самым уменьшать индукцию. Берём например 75ГДН, обнижаем фланец до 1-2 миллиметров, получаем больше 1.5Т - вуаля, чувствительность подняли в полтора раза (индукция была 1Т, стала 1.5Т).
Странно почему производители до этого не додумались, сабвуферы попадаются с зазорами 25-30 мм высотой. Предложите им за небольшое вознаграждение рассказать как поднять КПД раза в 2.