В современном мире динамики получили обширное распространение, ведь без этих устройств невозможно производить телевизоры, мобильные телефоны, планшеты, колонки, наушники и другую аудио аппаратуру. И чаще всего их работа остается незаметна для людей до тех пор, пока динамик не выйдет из строя.
Что такое динамик
Динамик (часто называются громкоговорителями) представляет собой электрическое устройство, которое преобразует электрический сигнал в звук. Это преобразование происходит за счет колебательного движения электрической катушки в постоянном магнитном поле (это поле обеспечивает постоянный магнит или, в более редких случаях, электромагнит). Эта катушка движет диффузор, который, в свою очередь, создает колебания воздуха, а это позволяет слышать воспроизводимые звуки.
Несмотря на простоту конструкции, неисправности, возникающие во время эксплуатации динамиков, все же могут периодически возникать. Если динамик начал воспроизводить звук с помехами, шипением или треском или вообще перестал работать, в первую очередь следует локализовать проблемное место.
Для начала необходимо провести визуальный осмотр устройства, а именно, проверить на наличие повреждений:
- корпуса;
- шнура электропитания;
- шнура сигнала;
- гофры;
- диффузора.
При наличии повреждений, данную деталь стоит отремонтировать или заменить (если повреждены гофра или диффузор, динамик придётся менять). Но если внешних дефектов не обнаружено, а звук воспроизводится с помехами или вообще отсутствует, то проблема могла возникнуть в контактах или катушке динамика и в данном случае поможет проверка динамика мультиметром.
Проверка динамика мультиметром
Для проверки контактов необходимо провести , установив мультиметр в режим определения данной характеристики. Щупы необходимо подключить к контактам соблюдая полярность динамика и при неподвижном диффузоре подвигать ними. Если на дисплее мультиметра показания постоянно меняются, то это будет означать что проводка повреждена и ее необходимо заменить.
В случае если перевернуть динамик и покрутить его, слышны посторонние звуки (например, постукивание), то, скорее всего от гильзы, в которой расположена катушка, отпало несколько витков или вся обмотка. Это можно исправить, заново намотав обмотку.
Также важно внимательно осмотреть звуковую катушку, которая расположена внутри динамика и выглядит как намотанный спиралью провод. Эта катушка должна иметь ровную, аккуратную обмотку, без переплетений и случайных нахлестов, изломов, разрывов и других механических повреждений. Если механические дефекты все же обнаружены, катушку следует заменить. Неправильную обмотку (неровную или с нахлестом) можно самостоятельно, аккуратно перемотать. Для проверки правильности перемотки катушки достаточно несколько раз прослушать две-три хорошо знакомых песен. Во время прослушивания нужно акцентировать внимание на громкости (как минимальной, так и максимальной), качестве звука (отсутствие посторонних шумов) и переходах звука.
Проворачивания диффузора также помогут обнаружить дефекты. Если при выполнении этого действия слышны скрежет, треск или шорох, то, скорее всего, возле магнитного зазора находится посторонние предметы, например, металлолом случайно попавший при сборке и другой мусор. Исправить то можно просто чисткой динамика. Если диффузор проворачивается с трудом или вообще не крутится, то проблема заключается в сместившейся катушке или гильзе, а также смещение керна что в свою очередь приводит к заклиниванию гильзы. Данную проблему можно исправить, разобрав динамик и установив эти детали в правильное положение.
Электронную начинку динамиков можно проверить тестером, омметром или любым другим устройством для измерения электрического сопротивления. Для этого необходимо мультиметр включить в режим замера сопротивления и померить данную характеристику динамика. Для полифонических динамиков сопротивление в среднем составляет 8 Ом, а для слуховых – порядка 30 Ом. В случае, если измерительное устройство не показывает каких либо данных, значит что повреждена проводка динамика, а если она целая то проблема заключается в обрыве катушки. Поврежденную проводки или катушку с обрывом нужно заменить на новые.
Для проверки целостности непосредственно катушки, при помощи мультиметра необходимо прозвонить ее. В этом режиме щупы тестера присоединяются к контактам динамика. Если на дисплее мультиметра показано значение больше 0, то звуковая катушка целая, а если это значение равно 1 то в катушке произошел обрыв и в этом случае ее необходимо заменить.
После проверки электроники стоит проверить качество сборки диффузора и гофра. Для этого динамиком необходимо воспроизвести инфранизкие частоты. Это позволит обнаружить некачественную склейку гофра и диффузора.
В последнюю очередь стоит проверить качество работы динамика при помощи генератора частот. Данная проверка динамиков должна выполняться в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Отсутствие хрипов и искажений будет означать, что динамик работает исправно и качественно.
Данные методы помогут решить задачу такую как проверка динамика мультиметром.
Внимание! Приведенная ниже методики действенна только для измерения параметров динамиков с резонансными частотами ниже 100Гц, на более высоких частотах погрешность возрастает.
Для получения максимально достоверных результатов все измерения рекомендуется производить несколько раз (3-5раз), затем за результат принимается средне-арифметическое значение.
Перед измерением параметров динамик необходимо «размять». Дело в том, что у неработающего определенное время динамика или у нового динамика параметры будут отличаться, от тех которые мы измерим после того как динамик отыграет определенное время и будет регулярно работать. Поэтому смысл размятия динамика и заключается в получении достоверных параметров измерений. Бытует множество мнений как и сколько надо разминать: просто музыкой, синусоидальным сигналом (синусом) на частоте резонанса динамика Fs, синусом на 1000Гц, гонять синусом на разных частотах, белым и розовым шумом, использовать тестовые диски.
Как разминать решать Вам, - это дело Ваших возможностей и времени, но разминать обязательно нужно.
От себя посоветую разминать в течении суток в различных комбинациях выше пречисленных способов, начать стоит с синуса частоты собственного резонанса Fs (взятую из паспорта динамика) на максимальное количество времени, потом уже использовать остальные способы. Можно использовать тестовые диски, лучше те которые содержат как музыкальные так и технические треки, т.е. сгенерированные сигналы различной формы, частоты и мощности, причем начать лучше с технических треков. Желательно разминать динамик на 50-100% от номинальной мощности, всё зависит от ваших условий, ушей и нервов.
Самыми основными параметрами, по которым можно рассчитать и изготовить акустическое оформление (корпус, ящик) являются параметры Тиля-Смолла.
Измерение резонансной частоты Fs, добротности динамика Qts и ее составляющих электрической и механической добротности Qes, Qms.
Метод 1
Для проведения измерений этих параметров вам понадобится следующее оборудование:
* Вольтметр
*Генератор сигналов звуковой частоты
*Частотомер
* Мощный (не менее 2 ватт) резистор сопротивлением 1000 ом
*Точный (+- 1%) резистор сопротивлением 10 ом
* Провода, зажимы и прочая дребедень для соединения всего этого в единую схему.
Конечно, в этом списке возможны изменения. Например, большинство генераторов имеют собственную шкалу частоты и частотомер не является в таком случае необходимостью. Вместо генератора можно также использовать звуковую плату компьютера и соответствующее программное обеспечение (например, это), способное генерировать синусоидальные сигналы от 0 до 200Гц требуемой мощности. Либо мне еще приходилось делать так, когда не было рядом компьютера: я нарезал на диск треки с частотами от 20-120Гц, потом крутил его на DVD подключенный усилителю и затем уже подключал подвешенный динамик через сопротивление.
Калибровка.
Для начала необходимо откалибровать вольтметр. Для этого вместо динамика подсоединяется сопротивление 10 Ом и подбором напряжения, выдаваемого генератором, надо добиться напряжения 0,01 вольта. Если резистор другого номинала, то напряжение должно соответствовать 1/1000 номинала сопротивления в Омах. Например для калибровочного сопротивления 4 Ома напряжение должно быть 0,004 вольта.
Запомните! После калибровки регулировать выходное напряжение генератора (усилителя) НЕЛЬЗЯ до окончания всех измерений.
Определение Fs и Rmax
.
Динамик при этом и всех последующих измерениях должен находиться в свободном пространстве, обычно его подвешивают (обычно на люстре) подальше от стен и различныз предметов. Резонансная частота динамика находится по пику его импеданса (Z-характеристике). Для ее нахождения плавно увеличивайте частоту генератора, начиная примерно с 20Гц, и смотрите на показания вольтметра. Та частота, на которой напряжение на вольтметре будет максимальным (дальнейшее изменение частоты будет приводить к падению напряжения) и будет являться частотой основного резонанса для этого динамика. Для динамиков диаметром больше 16см эта частота должна лежать ниже 100Гц. Не забудьте записать не только частоту, но и показания вольтметра. Умноженные на 1000, они дадут сопротивление динамика на резонансной частоте Rmax, необходимое для расчета других параметров.
Определение Qms, Qes и Qts.
Эти параметры определяются по следующим формулам.
Как видно, это последовательное нахождение дополнительных параметров Ro, Rx и измерение неизвестных нам ранее частот F1 и F2 . Это частоты, при которых сопротивление динамика равно Rx . Поскольку Rx всегда меньше Rmax , то и частот будет две - одна несколько меньше Fs , а другая несколько больше.
Определение сопротивление обмотки головки постоянному току Re.
Теперь, подсоединив вместо калибровочного сопротивления динамик и выставив на генераторе частоту, близкую к 0 герц, мы можем определить его сопротивление постоянному току Re
. Им будет являться показание вольтметра, умноженное на 1000. Впрочем, Re
можно замерить и непосредственно омметром.
Метод 2
Схема измерений такая же как и в первом методе, элементы то же такие же: резистор на 1кОм и - генератор – либо генератор звуковой частоты способный выдавать напряжение 10-20В, либо сочетание генератор-усилитель, удовлетворяющее тому же требованию. Размещаем динамик вдали от стен, потолка и пола (часто рекомендуют подвешивать). Подключаем вольтметр к точкам А и С (т.е. к выходу усилителя) , и устанавливаем напряжение равным 10-20 В на частоте 500-1000 Гц.
Подключаем вольтметр к точкам В и С (т.е. непосредственно к контактам динамика) и изменяя частоту генератора находим частоту, на которой показания вольтметра максимальны, (как показано на рисунке ниже). Это и есть частота собственного резонанса динамика Fs
. Записываем Fs
и Us
-показания вольтметра.
Изменяя частоту вверх относительно Fs , находим частоты, на которых показания вольтметра постоянны и значительно меньше Us (при дальнейшем повышении частоты напряжение опять начнет увеличиваться, пропорционально увеличению импеданса динамика). Запишем это значение, Um .
График импеданса динамика в свободном пространстве и в закрытом ящике выглядит приблизительно так.
Вычисляем напряжение U12
по формуле: 
Изменяя частоту, добиваемся показаний на вольтметре соответствующие напряжению U12 , находим частоты F1 и F2.
Вычисляем акустическую или механическую добротность по формуле: 
Электрическую добротность: 
И, на конец, полную добротность: 
Метод 3 - Измерения параметров тиля-смолла при помощи фазоинвертора
Схема измерений такая же как и в первом методе, элементы то же такие же: калибровочного резистора Rk номиналом 10 Ом и активное сопротивление R, задающее ток в цепи, номиналом 1кОм. Можно взять сопротивления Rk и R других номиналов, выполняя условия:
Rk - может быть любым, но близким к Re
R/Re > 200
Где Re - сопротивления постоянному току звуковой катушки.
Измерения начинаются с наиболее точного определения сопротивления постоянному току звуковой катушки Re и калибровочного резистора Rk при помощи цифрового вольтметра или мультиметра.
Затем вместо динамика включаем калибровочный резистор Rk и измеряем напряжение Uk на нем. Напряжение, соответствующее сопротивлению звуковой катушки постоянному току, находим по формуле:
Где: Sd - эффективная излучающая поверхность диффузора, м2; Cms - относительная жесткость.
Излучающая поверхность диффузора для самых низких частот (в зоне поршневого действия) она совпадает с конструктивной и равна: Радиусом R в данном случае будет являться половина расстояния от середины ширины резинового подвеса одной стороны до середины резинового подвеса противоположной. Это связано с тем, что половина ширины резинового подвеса также является излучающей поверхностью. Обратите внимание что единица измерения этой площади - квадратные метры. Соответственно и радиус нужно в нее подставлять в метрах.
Рассчитываем относительную жесткость Cms на основе полученных результатов по формуле:
М/Н (метров/Ньютон), где М - масса добавленных грузиков в килограммах.
Определение эквивалентного объема методом добавочного объема
Для определения эквивалентного объема динамика методом добавочного объема герметичный измерительный ящик с круглой дыркой совпадающей по размеру с диаметром диффузора динамика. Объем ящика лучше выбрать ближе к тому, в котором мы потом собираемся этот динамик слушать. Нужно герметично закрепить динамик в измерительном ящике. Лучше всего это сделать магнитом наружу, поскольку динамику все равно, с какой стороны у него объем, а вам будет проще подключать провода. Да и лишних отверстий при этом меньше. герметизируем все щели.
Затем нужно произвести измерения Fс
(резонансной частоты динамика в закрытом ящике) и, соответственно, вычислить механическую и электрическую добротность Qmc
и Qec
и добротность динамика в измерительном ящике Qts"
(Qtс)
. После чего уже вычисляем эквивалентный объем по формуле: 
Практически с теми же результатами можно использовать и более простую формулу: 
Где: Vb - объем измерительного ящика, м3.
Выполняем проверку: вычисляем 
и если измеренная в ящике Qts’=Qtc
, ну или почти равна, значит - все сделано правильно, и можно переходить к проектированию акустической системы.
Выводы
Итак, мы нашли и рассчитали несколько основных параметров и можем на их основании делать некоторые выводы:
*1. Если резонансная частота динамика выше 50Гц, то он имеет право претендовать на работу в лучшем случае как мидбас. О сабвуфере на таком динамике можно сразу забыть.
*2. Если резонансная частота динамика выше 100Гц, то это вообще не низкочастотник. Можете использовать его для воспроизведения средних частот в трехполосных системах.
*3. Если соотношение Fs/Qts
у динамика составляет менее 50-ти, то этот динамик предназначен для работы исключительно в закрытых ящиках. Если больше 100 - исключительно для работы с фазоинвертором или в бандпассах. Если же значение находится в промежутке между 50 и 100, то тут нужно внимательно смотреть и на другие параметры - к какому типу акустического оформления динамик тяготеет.
Лучше всего для этого использовать специальные компьютерные программы, способные смоделировать в графическом виде акустическую отдачу такого динамика в разном акустическом оформлении. Правда при этом не обойтись без других, не менее важных параметров - Sd, Cms
и Lе
.
Полученных в результате всех этих измерений данных достаточно для дальнейшего расчета акустического оформления низкочастотного звена достаточно высокого класса.
(В помощь начинающим басовикам )
Глава А – Измерения
Сразу оговорюсь, что удобнейший способ измерения параметров НЧ динамиков изложен в методе . Владельцам программы предлагаю воспользоваться этим методом (сам я его не проверял, но думаю, там глюков нет). Для тех же, у кого этой программы нет или не хватает измерительного оборудования, я опишу способ подчерпнутый мной из журналов "РАДИО" прошлых лет. Я этот способ использовал и при определенной степени аккуратности и усидчивости с его помощью можно получить довольно точные (уж точнее, чем в справочнике или в инструкции пользователя) параметры.
Итак начнем:
1) Соберем схему.
Где на схеме испытуемый динамик, я думаю, ясно. Остальные элементы схемы требуют развернутого пояснения.
Генератор – либо генератор звуковой частоты способный выдавать напряжение 10-20 В, либо сочетание генератор-усилитель, удовлетворяющее тому же требованию.
1000 Ом – резистор 1000 Ом, стабилизирующий ток через динамик. Номинал резистора можно брать меньше, но это будет снижать точность вычисления Qts. (Правда при использовании резистора всего 200 Ом погрешность измерения вряд ли превысит 10%, но, как говориться, береженного …).
а, в, с – точки для подсоединения вольтметра.
Сам вольтметр на рисунке не указан, но он должен быть: - во-первых, переменного тока; - во-вторых, уметь измерять напряжения порядка 100 мВ. При отсутствии у вольтметра такого предела измерений, его можно подключить через усилитель. А так как современные усилители обычно "стерео" и более, особых проблем с этим нет.
Схема собрана.
2) Размещаем динамик вдали от стен, потолка и пола (часто рекомендуют подвешивать).
3) Подключаем вольтметр к точкам а и с, и устанавливаем напряжение равным 10-20 В на частоте 500-1000 Гц.
4) Подключаем вольтметр к точкам в и с, и изменяя частоту генератора находим частоту, на которой показания вольтметра максимальны, см. рисунок ниже по тексту. Это и есть Fs. Записываем Fs и Us-показания вольтметра.
5) Изменяя частоту вверх относительно Fs, находим частоты, на которых показания вольтметра постоянны и значительно меньше Us (при дальнейшем повышении частоты напряжение опять начнет увеличиваться, пропорционально увеличению импеданса динамика). Запишем это значение, Um.
График импеданса динамика в свободном пространстве и в закрытом ящике выглядит приблизительно так.
6) Находим по графику (если мы его строили) или измеряем частоты среза F1 и F2 по уровню U12=(Us*Um)^0.5;
7) Вычисляем акустическую добротность Qa=(Us/Um)^0.5*Fs/(F2-F1), и
8) Электрическую добротность Qe=Qa*Um/(Us-Um);
9) И, на конец, полную добротность Qts=Qa*Qe/(Qa+Qe).
Чтобы узнать Vas нам потребуется ящик (хороший герметичный ящик, ни в коем случае не картонный, а с толстыми стенками) с круглой дыркой совпадающей по размеру с диаметром диффузора динамика. Объем ящика, V, лучше выбрать ближе к тому, в котором мы потом собираемся этот динамик слушать.
10) Устанавливаем динамик в ящик и герметизируем все щели;
11) Проводим все измерения и вычисления по пунктам 1)-6) и получаем значения Fs"(на самом деле это Fc) и Qts" (Qtc);
12) Вычисляем Vas=((Fs"/Fs)^2-1)*V;
13) Вычисляем Qtc=Qts*(1+Vas/V)^0.5, если измеренная Qts"=Qtc, ну или почти равна, значит - все сделано правильно, и можно переходить к проектированию акустической системы.
Глава B – Настройка ФИ
Предлагаемая методика настройки тоже списана из Литературы, но достаточно проста, что бы стать достоянием любопытных масс. Единственная оговорка (ее я сам придумал) в том, что эта методика позволяет легко настраивать ФИ, изготовленные на базе динамиков с добротностью Qts=0.3…0.5. Для прочих ФИ придется дополнительно применять природную смекалку. Итак.
В основе методики лежит зависимость, существующая между параметрами ФИ и ЗЯ (закрытого ящика). Если в ФИ с гладкой АЧХ (по spl) закрыть отверстие туннеля, то полная добротность системы, Qtc, окажется равной 0.6, а резонансная частота, Fc, будет связана с частотой настройки ФИ зависимостью: Fb=0.61…0.65*Fc. Если допустить погрешность определения частоты настройки ФИ в 5%, то отношение Fb/Fc для реальных конструкций можно принять равным 0.63.
Настройка:
14) Закрываем герметично отверстие туннеля, и собираем схему для измерения Fc (см. главу А).
15) Подбираем количество звукопоглащающего материала и добиваемся минимального значения Fc;
16) Закрепляем материал внутри ящика и измеряем Fc;
17) Вычисляем Fb=0.63*Fc;
18) Вычисляем длину туннеля: Lv=31*10^3*S/(Fb^2*V)-1,7*(S/ПИ)^0.5, где S – площадь отверстия порта ФИ в кв.см., V – объем ящика в литрах;
19) Делаем туннель, вставляем его внутрь ящика (именно внутрь, если в готовой конструкции он предполагается внутри) и измеряем Fb".
Должно получится, что-то вроде:
20) Полученное значение Fb" подставляем в формулу 18) и вычисляем уточненное значение V";
21) Подставляем V" в ф-лу 18) и вычисляем Lv" для расчетного значения Fb (кто забыл, это произошло в п.17);
22) Укорачиваем (удлинить его невозможно, поэтому меры лучше принять заранее) туннель и снова измеряем;
23) По методике определения Qtc (глава А) определяем добротность системы и, если она меньше 1, успокаиваемся. Если она больше, то вероятно, что-то где-то было сделано не так, но переделывать уже поздно. Послушаем, если действительно бубнит (что совсем необязательно), будем принимать меры.
Возможные меры:
24) Задемпфировать частично-акустически-прозрачным материалом туннель ФИ. Другими словами – закрыть туннель синтепоном, ватой, карпетом и т.д;
25) Задемпфировать сам динамик, наклеив на окна диффузородержателя перечисленные выше материалы (только не все сразу).
Эти меры снизят общую добротность системы, Qtc.
Литература:
Салтыков О.,Расчет характеристик громкоговорителя, Радио 1981
Жбанов В., Настройка фазоинвертора, Радио 8/1986
Алдошина И. Там, где живут басы, АМ 2/1999
Фрунзе, О повышении качества звучания АС, Радио 9/1992
Хочется собрать сабвуфер
, да не простой, а грамотно рассчитанный. В этих расчетах уже все поднаторели: и установщики, и любители, и программ тоже вроде хватает, например JBL SpeakerShop
. Одно только «но» - без параметров Тиля-Смолла
далеко не уедешь.
К сожалению, недорогие и тем особенно интересные динамики часто попадают в руки вообще без каких-либо цифр. Бывает и так, что характеристики вроде есть, но разные, в зависимости от года выпуска. Это встречается даже у известных производителей.
В общем, умение измерять эти величины лишним не будет.
Традиционные методы измерения описаны во многих источниках и секрета не представляют. Более того, в упомянутой выше программе JBL SpeakerShop
есть удобный «мастер», который избавляет от необходимости вручную рассчитывать промежуточные и окончательные значения напряжений, частот и добротностей: нужно собрать приведенную там схему и действовать в соответствии с указаниями программы.
Я сам неоднократно пользовался этой методикой, все здорово, только для измерений требуются:
а) генератор,
б) частотомер,
в) вольтметр переменного тока,
г) усилитель низкой частоты.
Думаю, что где-нибудь к пункту в) из этого списка исследовательский пыл у многих уже малость поугас. Но это еще не все. Сам процесс измерений, постоянная «ловля» требуемых значений частот и напряжений способны утомить даже флегматика: на один динамик уходит в лучшем случае полчаса. Обидно тратить время на такую рутину, поэтому, когда я наткнулся на программу SpeakerWorkShop , радости не было предела.
Замечательно, нужны только компьютер со звуковой платой и элементарные кабели. Первые несколько дней я честно пытался делать все так, как велит инструкция. Тут меня ждало разочарование. То есть сама по себе программа хорошая, но вот ее help - это что-то. Прочитал его, наверное, раз двадцать, пробовал и так, и этак, но так ничего и не получилось. Что поделать - бесплатный софт сродни сыру той же цены.
Несколько месяцев я продолжал измерять «три цифры» обычными способами, пока на сайте, на котором находится сама программа, не появилась новая ссылка. Спасибо чемпиону РАСКА среди любителей Косте Никифорову за то, что сказал о ней. Предлагаемое ниже описание - мой собственный, упрощенный вариант приставки и краткая инструкция по работе с программой.
Бывает в жизни - как приклеится к человеку прозвище, так и преследует до конца дней его. Вот и с прибором, который буду ниже описывать, тоже такое случилось - «коробочка », да и все тут. Как я ни пытался выдумать более наукообразное название, ничего не вышло. Схема приведена на рис. 1
Некоторые комментарии по поводу применяемых элементов.
X1 - разъем, подключаемый к выходу усилителя мощности (Spkr Out) звуковой карты, обычно «мини-джек». Сигнал правого и левого канала с усилителя одинаков, поэтому можно использовать любой контакт разъема. При использовании внешнего усилителя подключать одновременно этот разъем к выходу звуковой платы НЕЛЬЗЯ!
X2, X3 понадобятся, если вы будете использовать внешний усилитель мощности. Это более предпочтительный вариант, правда, чуть более громоздкий. Подойдут «колоночные» клеммы, желательно винтовые. Кроме того, в случае использования внешнего усилителя потребуется дополнительный кабель «мини-джек - два тюльпана».
X4, X5 - клеммы, аналогичные X2, X3. К ним будет присоединяться объект исследования. Очень полезно продублировать эти клеммы парой «крокодилов».
X6 - «мини-джек», который будет подключен ко входу Line-In звуковой платы. Распайку правого и левого канала я не привожу - пока соедините как получится, уточним позднее. Провод к разъему нужно брать экранированный.
R1, R2 - резисторы, используемые в качестве эталонных при калибровке программы. Номиналы особой роли не играют и могут быть от 7,5 до 12 Ом, например типа МЛТ-2.
R3 - это резистор, с величиной которого программа «сравнивает» неизвестный импеданс. Поэтому номинал этого резистора должен быть соизмерим с исследуемым. Если в основном предполагается измерять автомобильные динамики, величину R3 можно взять около 4 Ом. Мощность можно выбрать такую же, как для R1.
R4, R5, R6, R7 - любой мощности. Сопротивления могут несколько отличаться от указанных, важно лишь, чтобы R4/R6 = R5/R7 = 10...15. Это делитель, который ослабляет сигнал на входе звуковой карты.
SA1 служит для выбора между двумя эталонными сопротивлениями. Он используется только при калибровке. Можно использовать тумблер, я поставил П2К, соединив параллельно несколько секций.
SA2, пожалуй, самый ответственный. Важно, чтобы он обеспечивал надежный и стабильный контакт, от этого во многом зависит точность результатов.
Итак, «коробочка
» собрана. Теперь потребуется омметр, причем максимально возможной точности, желательно измерительный мост. Необходимо установить переключатели во все положения согласно таблице и измерить указанные сопротивления.
| положение переключателя | положение переключателя | сопротивление | сопротивление | |
| SA1 | SA2 | X4-X5 | X2-X4 | |
| CAL1 | Верхнее | Нижнее | 10 | 4 |
| CAL2 | Нижнее | Нижнее | 5 | 4 |
| LOOP | Любое | Верхнее | Бесконечность | 0 |
| IMP | Любое | Среднее | Бесконечность | 4 |
Обращаю внимание на то, что при работе потребуются именно реально измеренные значения сопротивлений. Их, а также назначение всех переключателей и входов-выходов лучше всего написать прямо на корпусе - на память надеяться не советую.
Принцип работы системы очень прост. Шумовой сигнал, формируемый программой, подается через усилитель на исследуемый объект через резистор R3 известного сопротивления. Программа сравнивает напряжение на одном канале (верхний вывод R3) с напряжением на другом (нижний вывод R3 и верхний - измеряемого объекта). Гениальная простота идеи состоит в том, что для расчета неизвестного импеданса используются не абсолютные величины напряжений, а их отношение. Благодаря предварительной калибровке по заведомо известным сопротивлениям (R2 и R2-R1) достигается вполне приемлемая точность измерений.
Теперь можно присоединить «коробочку» к звуковой плате. Для первого раза не стоит использовать внешний усилитель: чтобы понять принцип работы, он особо не нужен. А когда принцип станет ясен, его подключение вопросов уже не вызовет.
Настройка программы
Возможно, кому-то описание настройки покажется излишне подробным, но, как показывает практика, удобно, когда весь процесс описан по порядку, а не по принципу «это вы и так знаете, здесь все очевидно, в общем, умные - сами разберетесь».
После первого запуска программы нужно проверить, поддерживает ли ваша звуковая плата «полностью дуплексный режим», т. е. позволяет ли одновременно воспроизводить и записывать звук. Для проверки нужно выбрать пункт меню Options-Wizard-Check sound card. Дальнейшие действия программа проделает самостоятельно. Если результат отрицательный, придется искать другую плату или обновлять драйвер.
Если все в порядке, откройте Volume Control (Регулятор уровня). Выбрав Options-Properties, установите Mute на все регуляторы, кроме Volume Control и Wave. Необходимо отключить все «лишние» опции, вроде Enhanced Stereo и темброблока. Регулятор громкости установите в среднее положение. В завершение переместите окно Volume Control, как показано на рисунке 2.
рис. 2
рис. 3
Теперь откройте еще одну копию Volume Control. Выберите Options-Properties, установите режим записи (Recording). Имя окна изменится на Recording Control (Уровень). Аналогично вышеописанному поставьте Mute на все регуляторы, кроме Recording и Line-In. Регулятор уровня поставьте в положение максимума. Потом, возможно, уровень потребуется изменить, но об этом позже. Переместите окно Recording согласно рисунку.
Один из самых ответственных этапов настройки - правильно выбрать входные и выходные уровни сигналов. Для этого создайте новый сигнал, выбрав пункт Resource-New-Signal. Дайте ему какое-нибудь имя, например sign1. По умолчанию будет выбран синусоидальный тип сигнала (Sine), что нас вполне устраивает. Имя нового сигнала должно появиться в окне проекта (то, что слева).
Для того чтобы что-то сделать с сигналом или динамиком, его нужно обязательно открыть. Думаете, для этого достаточно двойного щелчка? Вот тут таится одна из особенностей интерфейса программы: для открытия ресурса требуется сначала щелкнуть на имени ресурса левой кнопкой мыши, затем либо выбрать пункт Open из меню, появляющегося при нажатии правой кнопки, либо нажать F2 на клавиатуре. Вновь нажмите правую кнопку и войдите в Properties. Там нужно выбрать закладку Sine и ввести значение частоты 500 Гц. Фаза сигнала - 0. OK.
Установите переключатели «коробочки» в положение LOOP (согласно таблице). Убедившись в том, что сигнал открыт, войдите в меню Sound-Record - появится диалог Record Data. Введите туда те значения, которые приведены на рис. 3. Нажмите OK; если к клеммам Test подключен динамик, раздастся кратковременный «шип».
Посмотрим на дерево проекта. Там появится несколько новых объектов с именами, начинающимися с sign1. Откройте ресурс с именем sing1.in.l. На появившемся справа графике нажмите правую кнопку мыши и выберите Chart properties. Выберите закладку X Axis и установите в разделе Scale максимальное значение, равное 10. Затем выберите Y Axis и установите диапазон значения Minimum и Maximum - 32 K и 32 K соответственно. Нажмите OK. График должен выглядеть как 4,5 периода синусоидальных колебаний. Проделайте все то же самое с ресурсом sing1.in.r.
Теперь нужно выяснить уровень выходного сигнала, при котором наступает ограничение. Для этого понемногу увеличивайте уровень регулятором громкости, повторяя каждый раз процедуру записи (пункт меню Sound-Record Again) и анализируя графики sign1.in.r и sign1.in.l. Как только появится видимое ограничение амплитуды (обычно при уровнях ~20 K), нужно немного уменьшить уровень сигнала. На этом процесс установки уровня можно считать законченным.
В оригинальной методике автор предлагает проверить теперь соответствие левого и правого каналов. Я это делал, но впоследствии оказалось, что их пришлось поменять местами. Так что лучше перейти сразу к калибровке программы по известным сопротивлениям - там «правый-левый» заодно и проверим.
Для начала убедитесь в том, что к тестовым клеммам (X4, X5) ничего не подключено. Затем откройте меню Option-Preferences и выберите там закладку Measurements. Установите Sample Rate в крайнее правое положение, а Sample Size - равным 8192. Громкость надо сделать равной 100. В дальнейшем при реальных измерениях для большей точности нужно устанавливать больший Sample Size. Правда, при этом возрастает размер файла. Точность можно повысить, уменьшив Sample Rate, - при этом снизится верхняя граничная частота измерений, но для сабвуферов это совершенно неважно.
Теперь надо проверить разбаланс каналов. Для этого выберите пункт Option - Calibrate-Channel Difference и нажмите кнопку Test. Дальнейшие действия подскажет программа. Результаты проверки будут находиться в разделе Measurement.Calib папки System (в окне проекта). Какие точно значения должны получаться, я не знаю, на практике разбаланс выходит порядка десятых долей (в безразмерных единицах), а уровень сигнала на выходе каждого из каналов при этом - в районе 20000 этих же единиц. Думаю, такое соотношение можно считать приемлемым.
Дальше - самое интересное. Мы будем измерять заведомо известные сопротивления. Войдите в пункт Options-Preferences и выберите закладку Impedance. В поле Reference resistor введите измеренную величину сопротивления между клеммами X2 и X4. В соседнее поле (Series resistor) можно ввести значение, например 0,2, программа потом сама подставит туда то, что сочтет нужным. Теперь нажмите кнопку Test. Установите переключатели «коробочки» в режим CAL1 и введите измеренное на клеммах значение эталонного сопротивления R2. (Вы его уже забыли? А я ведь советовал записать.) Нажимаем кнопку Next и повторяем то же самое, но в режиме CAL2. Кстати, советую при калибровке и измерениях постоянно следить за индикатором, который находится возле регулятора уровня. При появлении там «красных делений» я слегка уменьшаю уровень громкости. После этого нужно повторить калибровку. Поначалу процесс освоения длится долго, но через пару сеансов работы с программой все настройки нужно будет в основном контролировать. Это занимает всего несколько минут.
Итак, программа выдала, каковы, на ее взгляд, значения Reference и Series резисторов. Если отличия от введенных нами величин небольшие (например, 4,2 ома вместо 3,9) - все замечательно. Можно пройти для верности процесс еще разок и приступить к реальным измерениям. Если программа выдает явный бред (например, отрицательные значения) - значит, надо поменять местами правый и левый каналы в разъеме X6 и повторить настройку заново. После этого, как правило, все становится нормально, хотя у некоторых коллег наблюдалось устойчивое нежелание программы настраиваться. То ли звуковая карта какая-то не такая, то ли еще что - не знаю. О встретившихся сложностях и найденных путях их преодоления сообщайте, оформим в виде FAQ (чувствую - придется).
Вроде настроились. Можно начать пожинать плоды своего труда. Берем какой-нибудь конденсатор или катушку индуктивности, щелкаем тумблер в положение IMP, выбираем созданный ранее сигнал sign1, пункт меню Measure-Passive Component... Есть результат? Должен быть. Не знаю, кто как, а я испытываю какую-то первобытную радость, когда вижу, что программа сама распознала, что за компонент я подключил, и выдала его значение «в простой письменной форме».
Точность измерений пассивных компонентов, по скромным оценкам, составляет 10-15%. Для изготовления кроссоверов этого, на мой взгляд, вполне достаточно.
Теперь переходим к динамикам. Здесь все так же легко и просто. Создаем новый динамик (Resource-NewDriver), указываем ему имя, открываем (напоминаю, клавиша F2). Теперь изучаем меню Measure. В принципе программа (ее подсказка) советует получить импедансы динамика в свободном состоянии (Fre - Air), затем в закрытом ящике, ввести значение объема ящика в Properties этого динамика, а затем рассчитать параметры Тиэле - Смолла (для этого, открыв динамик, нужно войти в меню Driver Estimate Parameters). Тут, однако, я встретил еще один подводный камень, поскольку значение эквивалентного объема программа считать отказывается (остается значение по умолчанию, 1000 л). Не беда, из двух графиков импеданса берем значения резонансных частот Fs и Fc и считаем Vas вручную по известной формуле: V as =V b ((F c /F s) 2 -1). Кто-то уже, наверное, ворчит, дескать, вот еще, самому что-то считать приходится - советую вспомнить, сколько вычислений производится при полностью «ручном» методе определения параметров. Вообще-то я надеюсь, что в последующих версиях программы эта и другие досадные ошибки будут устранены.
Хочу надеяться, что описанный мной простой и недорогой инструмент облегчит труд творчески мыслящего установщика. Конечно, конкуренции «Брюль&Къеру» он не составит, но ведь и вложения требуются совсем небольшие.
Повторите - не пожалеете.
О. Леонов
Читательское голосование
Статью одобрил 21 читатель.
Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.) динамика. Методы, описанные ниже, достаточны для начинающего мастера автомобильных аудиосистем и позволяют измерить T/S-параметры с минимумом оборудования.
Для измерения этих параметров с помощью метода, описанного ниже, вам потребуется иметь следующие элементы:
- Один (1) усилитель
- Один (1) тон-генератор (генератор определенных аудио частот, можно программный, например AudioTester или Tone Generator от NCH Software)
- Один (1) цифровой мультиметр
- Один (1) 5 ваттный резистор (приблизительно 4 или 8 Ом)
- Две (2) пары проводов с «крокодилами» на концах
Желательно, мультиметр должен быть с возможностью измерения частоты, а также напряжения, сопротивления и тока. Усилитель должен быть способен воспроизвести от 20 Гц до 200 Гц без возможности изменения в выходной мощности и он должен быть нечувствителен к нагрузкам свыше 4 Ом. Частотный тон-генератор должен уметь также воспроизвести сигнал, напряжение которого не меняется по мере того, как регулируется частота.
Метод измерения параметров Тиля-Смолла
- Измерьте сопротивление (Re) динамика напрямую.
- Измерьте сопротивление (Rs) через резистор.
- Подключите тон-генератора на входные клеммы усилителя.
- Подключите мультиметр к клеммам акустических выходов усилителя.
- Установите тон-генератор примерно на 100 Гц.
- Установите на выходе усилителя Vs, где Vs~0,5 до 1,0 Вольт. Возможно, вам придется поэкспериментировать с различным напряжением, в зависимости от точности вашего прибора для измерения.
- Рассчитайте Is, где Is = Vs/(Re+Rs)
- Подключите следующую схему (используя зажимы типа «крокодил» когда необходимо):
- Прикрепите одну ногу резистора к положительной клемме на усилителе
- Прикрепите вторую ногу резистора к положительной клемме на динамике
- Присоедините отрицательную клемму динамика к отрицательному полюсу на усилителе
- Присоедините клеммы мультиметра к каждой стороне резистора
- Отрегулируйте частоту до тех пор, пока напряжение на резисторе достигает минимального уровня.
- Фиксируем значение частоты, Fs
- Фиксируем напряжение на резисторе, Vm
- Рассчитаем ток, Im = Vm/Rs, протекающий по цепи
- Вычисляем полное сопротивление динамика на резонансной частоте, РRm = (Vs-Vm)/Im
- Получаем -3Дб-ток, Ir = (Im*Is)^0.5
- Вычислим r0=Is/Im
- Рассчитаем -3Дб-напряжение, Vr = Ir*Rs
- Получаем частоты Fl и Fh, для которых напряжение через резистор равно Vr
- Убедитесь, что (Fl*Fh)^0.5 = Fs
- Если все сошлось, далее Qes, Qms и Qts могут быть рассчитаны следующим образом:
- Qms = Fs*(r0^0.5)/(Fh-Fl)
- Qes = (Qms/(r0-1))*(Re/(Rs+Re))
- Qts = Qms*Qes/(Qms+Qes)
Вы можете использовать следующую таблицу для выполнения расчетов автоматически:
Измерение Vas (эквивалентный объем динамика)
Для измерения Vas, нужно использовать хороший крепкий корпус известного объема, который соответствует номинальному размеру динамика. Установите динамик конусом наружу и обеспечьте удобный доступа к контактам. Рассчитайте объем корпуса с учетом потер от установленного во внутрь динамика. Измерьте резонансную частоту в таком положении.
Vas = Vb((Fb/Fs)^2 — 1)
VB — это объем конуса динамика плюс объем ящика
Fb — резонансная частота динамика в ящике