Wypłaszczanie charakterystyki impedancji głośnika metodą Tomka Janiszewskiego

Przetworniki elektroakustyczne, obudowy głośnikowe i zagadnienia pokrewne.

Moderatorzy: gsmok, Romekd, tszczesn

Einherjer
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 994
Rejestracja: pt, 22 stycznia 2010, 18:34
Lokalizacja: Wrocław/Nysa

Wypłaszczanie charakterystyki impedancji głośnika metodą Tomka Janiszewskiego

Post autor: Einherjer » pt, 17 sierpnia 2018, 00:38

Jakiś czas temu sprawiłem sobie przyrząd pomiarowy DATS V2. Więcej można o nim dowiedzieć się z Reduktora Szumu tutaj: https://www.youtube.com/watch?v=0qJufwbJpfI&t=12s W największym skrócie DATS mierzy parametry T-S głośnika i zdejmuje przebieg impedancji w funkcji częstotliwości. Postanowiłem zatem sprawdzić skuteczność opisanej przez Tomka Janiszewskiego metody kompensacji impedancji głośnika tak, żeby uzyskać impedancję możliwie zbliżoną do czysto rezystancyjnej: viewtopic.php?f=14&t=34335&start=345#p349924
Wykorzystałem w tym celu pasywny subwoofer, który kiedyś zbudowałem. Składa się on z głośnika Dayton RSS315HF­4 (karta katalogowa w załączniku) w obudowie zamkniętej. Przy pomocy DATS zdjąłem przebieg impedancji i zmierzyłem paramtery T-S potrzebne do wyznaczenia modelu zastępczego głośnika. Załączam plik tekstowy z wynikami. Zwróćcie tylko uwagę, że nie wyjmowałem głośnika z obudowy, więc to nie są te same parametry T-S co w katalogu. Chcemy model zastępczy dla głośnika w obudowie, więc tak jest nawet lepiej. Nie wyznaczałem też Vas, wziąłem je z karty katalogowej.
Otrzymane wartości impedancji wczytałem do programu Octave (open source'owy odpowiednik MATLABa), konwertując wartości amplitudy i fazy na liczby zespolone. Postanowiłem skorzystać z faktu, że mamy tu do czynienia z dość prostymi obwodami RLC i obliczać impedancję modelu bezpośrednio w Octave, korzystając ze znanych z teorii obwodów zależności. Obliczałem impedancję modelu dla tych samych częstotliwości, dla których miałem zmierzone wartości, w ten sposób uniknąłem konieczności stosowania interpolacji i podobnych sztuczek. Użyłem tylko LTSpice'a do weryfikacji.
No ale nie wyprzedzajmy faktów. Najpierw potrzebujemy wartości do modelu zastępczego. Z ich obliczeniem nie było większego problemu. Jedynie indukcyjność cewki Le sprawiła kłopoty. Jeśli przyjąć 0.96 mH jak w karcie katalogowej, moduł impedancji "odlatuje w kosmos" dla wyższych częstotliwości. DATS zmierzył "L10k 0.3251 [mH]" Przy tej wartości jest lepiej, ale w końcu obniżyłem tę wartość do 0.25 mH. Poniżej wykres pokazujący moduł i kąt zmierzonej impedancji (linie zielone) i modelu (linie niebieskie). Faza w radianach.
model_prosty_imp.png
Jak widać szału nie ma, impedancja głośnika powyżej częstotliwości rezonansowej nie bardzo chce zachowywać się jak jedna, idealna indukcyjność. Czy da się ten model poprawić? Do tego jeszcze wrócimy, ale spróbujmy na razie nałożyć różowe okulary i stwierdzić, że jest wystarczająco dobrze, żeby zacząć zabawę z kompensacją, szczególnie, że w okolicy rezonansu jest faktycznie dobrze. Trochę zabawy z przekształcaniem wzorów, kilka obliczeń w octave'ie i mamy układ kompensacji. Układ zastępczy głośnika faktycznie zostaje skompensowany idealnie, płaski moduł, płaska faza, chyba nie ma sensu wklejać wykresu. Możemy jednak zrobić ciekawszą rzecz: Obliczyć impedancję równoległego połączenia układu kompensacji i zmierzonej impedancji głośnika. Wykres poniżej, faza w stopniach.
model_prosty_korekcja.png
Znów szału nie ma, ale można się było tego spodziewać widząc rozbieżność impedancji modelu i rzeczywistego głośnika. Czy da się poprawić model? Tak, przykładowo program Boxsim od Visatona używa schematu zastępczego jak poniżej, z dwoma dodatkowymi członami RL.
model_boxsim.png
(1.44 KiB) Nie pobierany
Program jest nawet tak fajny, że potrafi wyznaczyć wartości Re2, Re3, Le2 i Le3 ze zmierzonego przebiegu impedancji. Użyłem tych wartości do obliczenia impedancji nowego modelu.
model_boxsim_imp.png
Zgodność jest dużo lepsza, ale jak to teraz skompensować? Tu się namęczyłem i wymęczyłem w LTSpice coś takiego. Lewa część to model głośnika, prawa to układ kompensacji. Zwróćcie uwagę, że ma on 10 elementów RLC, wiele zwrotnic tyle nie ma ;)
schemat.png
Tu nawet modelu nie skompensowałem idealnie.
model_boxsim_korekcja.png
Sprawdźmy jednak jak by wyglądała kompensacja zmierzonej impedancji.
model_boxim_korekcja_pomiar.png
Całkiem nieźle to wygląda, zwłaszcza przesunięcie fazy. Teraz należałoby wykonać układ korekcji z rzeczywistych elementów, podłączyć do głośnika i zmierzyć wypadkową impedancję, ale nie mam już na to siły. Czy gra jest warta świeczki oceńcie sami...
Załączniki
dayton_clio.zip
Wyniki pomiarów głośnika
(3.19 KiB) Pobrany 26 razy
295-464-dayton-audio-rss315hf-4-specifications-46174-1.pdf
Karta katalogowa głośnika
(229.77 KiB) Pobrany 23 razy

Tomek Janiszewski
3125...6249 postów
3125...6249 postów
Posty: 3237
Rejestracja: śr, 19 listopada 2008, 15:18

Re: Wypłaszczanie charakterystyki impedancji głośnika metodą Tomka Janiszewskiego

Post autor: Tomek Janiszewski » pt, 14 września 2018, 20:36

Dzięki za włożony trud. Pytanie końcowe należałoby jednak postawić inaczej: czy kompensacja akceptowalnym nakładem środków nie okaże się przypadkiem wystarczająca. Celem jej nie było wszak uzyskanie głośnika (lub zespołu) o idealnie płaskiej charakterystyce impedancyjnej i zerowej fazowej, lecz takie zmniejszenie nierównomierności, aby uniknąć przedwczesnego zadziałania mostkowego zabezpieczenia pzwar we wzmacniaczu. Robiłeś takie próby, poczynając od sprawdzenia czy nieskompensowany głośnik wywołuje fałszywe alarmy?
I jeszcze jedno: czy sprawdzałeś jak w tym uproszczonym układzie kompensacji ale zastosowanym do rzeczywistego głośnika wpływa na charakterystyki korekta nominałów elementów kompensacyjnych? Konkretnie chodzi o to aby maksymalne przesunięcia fazowe zostały przytępione, nawet za cenę pojawienia się niewielkich przesunięć fazy dla innych częstotliwości. Na wykresie modułu impedancji (drugi zespół charakterystyk) dostrzegam niepokojący spadek modułu impedancji do ok. 3,2 oma przy częstotliwościach 70-80Hz, po czym następuje jego wzrost z racji niedoskonałości modelu dla częstotliwości >100Hz. Takie sąsiedztwo minimum i maksimum przekłada się na zwiększenie przesunięć fazowych. Spróbowałbym pozbyć się tego minimum, zwiększając pojemność lub indukcyjność obwodu kompensującego rezonans, oraz zwiększając nieco w razie potrzeby rezystancję tego obwodu, tak aby moduł impedancji w zakresie 30Hz-120Hz nie spadał poniżej 3,5 oma. Jak wówczas wypadnie charakterystyka fazowa? W dalszej kolejności spróbowałbym jeszcze skorygować pojemność kondensatora kompensującego indukcyjność głośnika.
I jeszcze jedna propozycja (rozwiązania problemu Le w modelu głośnika). A gdyby tak zamodelować ją - po prostu jako równoległe połączenie indukcyjności (większej niż przyjęta) zbocznikowanej pojedynczym rezystorem? Wszystko dobrane tak aby możliwie dokładnie naciągnąć wykres modułu impedancji modelu na charakterystykę rzeczywistego głośnika. Wówczas oczywiście należałoby zastosować inną (większą) pojemność kondensatora kompensacyjnego, a owej rezystancji bocznikującej indukcyjność odpowiadałaby rezystancja włączona w szereg z kondensatorem kompensacyjnym. Rozbudowa układu kompensacyjnego byłaby więc niewielka. Pisałem zresztą o tym już w swoim elaboracie, do którego link podałeś
Tomek Janiszewski pisze:W razie gdyby zastępcza Le wykazywała znaczącą stratność - można rozbudować schemat kompensatora. Stratności cewki Le modelowanej przez równoległe dołączenie do niej rezystancji Rse będzie odpowiadała - oczywiście rezystancja Rkse włączona w szereg z Cke.
Postaram się niebawem przesymulować takie połączenie, opierając się na elementach układu zastępczego przytoczonego na ostatnim schemacie. Ale skąd tam się wzięły dwa szeregowe obwody RLC (L3 C2 R5 oraz C5 L6 R8) w układzie kompensacyjnym? W schemacie zastępczym głośnika jest wszak tylko jeden równoległy obwód rezonansowy (L5 C3 R6) który należało skompensować obwodem szeregowym. Co robi ten drugi? :shock: Wszak jest to zespół zamknięty, nie zaś BR!

Einherjer
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 994
Rejestracja: pt, 22 stycznia 2010, 18:34
Lokalizacja: Wrocław/Nysa

Re: Wypłaszczanie charakterystyki impedancji głośnika metodą Tomka Janiszewskiego

Post autor: Einherjer » śr, 17 października 2018, 14:48

Nie wykonywałem wtedy więcej eksperymentów, skończył mi się urlop. Zresztą mój warsztat jest ciągle w kartonach. W całej tej dyskusji bliżej mi do stanowiska prezentowanego przez RomkaD, więc całą zabawę z kompensacją impedancji głośnika uważam raczej za niepraktyczną ciekawostkę :P Próbowałem bawić się wartościami elementów, ale do niczego to nie zmierzało, opublikowałem to co uznałem za najlepsze. Drugi układ kompensacji robiłem metodą Macajewa, więc może być przekombinowany. Masz w moim poście wyniki pomiarów i model zastępczy o całkiem dobrej z nimi zgodności, więc możesz zaproponować coś nowego.

ODPOWIEDZ