Wypłaszczanie charakterystyki impedancji głośnika metodą Tomka Janiszewskiego

Przetworniki elektroakustyczne, obudowy głośnikowe i zagadnienia pokrewne.

Moderatorzy: gsmok, tszczesn, Romekd, Einherjer, OTLamp

Awatar użytkownika
Tomek Janiszewski
3125...6249 postów
3125...6249 postów
Posty: 5244
Rejestracja: śr, 19 listopada 2008, 15:18

Re: Wypłaszczanie charakterystyki impedancji głośnika metodą Tomka Janiszewskiego

Post autor: Tomek Janiszewski »

Einherjer pisze: pn, 17 grudnia 2018, 13:39 :arrow: Tomku Janiszewski, chętnie zobaczyłbym układ kompensujący dla bardziej rozbudowanego modelu. Do tego nie potrzebujesz nowych pomiarów.
Jak napisałeś w poście otwierającym temat
Jedynie indukcyjność cewki Le sprawiła kłopoty. Jeśli przyjąć 0.96 mH jak w karcie katalogowej, moduł impedancji "odlatuje w kosmos" dla wyższych częstotliwości.
Ano właśnie: odlatuje w kosmos ponieważ zabrakło rezystancji bocznikującej tę cewkę a reprezentującą jej stratność. Dziś nie mam już czasu tego przesymulować, ale proponowałbym zaufać producentowi, przyjąć indukcyjność 0.96mH (a nie 0,25mH jak to zrobiłeś) a następnie dobrać taką zastępczą rezystancję strat aby możliwie dokładnie naciągnąć wykres symulowany na rzeczywisty. Następnie uzupełnić układ kompensujący o rezystor włączony w szereg z kondensatorem mającym kompensować indukcyjność i dobrać oba te elementy tak aby wypłaszczyć wykres wypadkowego modułu impedancji, co automatycznie zapewni wyzerowanie charakterystyki fazowej. Metodą kolejnych przybliżeń daje się to osiągnąć z niezłą dokładnością, o ile nie chce się rozpisywać i rozwiązywać układu czterech w tym wypadku równań które pozwoliłyby na analityczne obliczenie elementów kompensacyjnych.
Moje możliwości warsztatowe są obecnie mocno ograniczone, więc nie jestem w stanie przeprowadzić eksperymentów z mostkowym zabezpieczeniem wzmacniacza, nawet nie mam odpowiedniego wzmacniacza pod ręką. Mogę jedynie przeprowadzić eksperyment symulacyjny. LTSpice pozwala wczytać plik wav i użyć go jako pobudzenia w symulacji. Da to pewien obraz sytuacji.

To owszem jest konstruktywna propozycja. Można też zacząć od pobudzenia sinusoidą, następnie przejść na przebieg np. prostokątny etc. Przy symulacji zadanie jest ułatwione o tyle że nie ma najmniejszych problemów z "podglądaniem" prądu kolektora tranzystorów zabezpieczających, który pojawiłby się w razie ich zadziałania. W rzeczywistym układzie trzeba by się wpiąć z LEDami i szeregowymi rezystorami na ich kolektory, połączone z bazami wtórnika wyjściowego za pośrednictwem włączanych zwykle w tym miejscu diod (na przykładzie schematu z https://mlodytechnik.pl/files/kfp/78-nw ... j_mocy.pdf - diody sygnalizujące zadziałanie ogranicznika należałoby włączyć między kolektor T6 i "+" zasilania, oraz pomiędzy kolektor T7 a "-" zasilania, przy czym jako T6 i T7 należałoby użyć tranzystorów wytrzymujących odpowiednio wysokie napięcia, np. BC546 i BC556). Ale warto byłoby abyś najpierw przypomniał sobie: spotkałeś się w realu z przedwczesnym zadziałaniem układu pzwar, które byłoby słyszalne? Ja tak: po obciążeniu wzmacniacza głośnikiem szerokopasmowym bez jakiejkolwiek kompensacji, i tylko wtedy.
Nie wiem na ile istotne są nieliniowe efekty występujące przy dużych amplitudach sygnału podawanego na głośnik (poza grzaniem się cewki). Ma ktoś jakieś informacje na ten temat? Załóżmy, że nie przekraczamy maksymalnego liniowego wychylenia membrany.
A co może się wówczas szczególnego wydarzyć? Wszak impedancja samego głośnika nigdy nie spadnie poniżej rezystancji drutu, a ta stanowi 80% impedancji znamionowej, a nawet więcej. Wzrost modułu natomiast może wystąpić, wskutek tego że duża część uzwojenia wysunie się poza szczelinę magnetyczną i będzie generowała pole magnetyczne w praktycznie bezstratnym środowisku, bo w sporym oddaleniu od litych elementów metalowych. Ale ten wzrost impedancji będzie miał miejsce dla wyższych częstotliwości, kiedy to amplituda wychylenia membrany jest mała. Jeżeli zaś na głośnik dochodzi jednocześnie silny sygnał o małej częstotliwości (skutkujący dużymi wychyleniami membrany) oraz o dużej częstotliwości (dla którego indukcyjność cewki głośnika, zwłaszcza zwiększona wskutek wychylenia stanowi dużą impedancję) - można spodziewać się niebezpiecznie dużych przesunięć fazy, i skutki powyższego niechybnie miałem okazję zaobserwować. Ale dobrana "na oko" kompensacja obwodem Zobla usunęła niepokojące objawy. Może więc przejmujemy się na zapas?
Awatar użytkownika
Tomek Janiszewski
3125...6249 postów
3125...6249 postów
Posty: 5244
Rejestracja: śr, 19 listopada 2008, 15:18

Re: Wypłaszczanie charakterystyki impedancji głośnika metodą Tomka Janiszewskiego

Post autor: Tomek Janiszewski »

Zgodnie z wczorajszą obietnicą zamodelowałem głośnik jaki Autor tematu wziął na warsztat. Zadanie okazało się trudniejsze niż się tego spodziewałem: samo tylko dołożenie rezystancji strat (Rs) równolegle do indukcyjności pasożytniczej cewki głośnika (Le) dało model daleki od rzeczywistości, nawet po skorygowaniu indukcyjności cewki względem wartości katalogowej (0.96mH). Dopiero dołożenie w szereg z tak zamodelowaną cewką równoległego dwójnika LR (w poniższym pliku .cir dla spice'a Le1Re1) oraz jeszcze jednej indukcyjności w szereg (Le2) dało rezultat jak niżej:

GŁOŚNIK Z REZONANSEM
.AC DEC 1000 1 20k
IIN 0 1 AC 1
***** MODEL GŁOŚNIKA *****
*CEWKA
Re 1 3 3.2
Rs 3 7 3.9
Rs1 8 7 10
Le 3 7 1m
Le1 8 7 .2m
Le2 2 8 .22m
*REZONANS
R 2 0 17.5
C 2 0 1200u
L 2 0 16m
.PROBE V(1)
.END
głośnik.jpg
przy czym podobnie jak poprzednio - jednemu woltowi na osi rzędnych odpowiada 1 om impedancji.
Jeżeli komukolwiek uda się zamodelować lepiej charakterystykę impedancyjną zawartą w poście otwierającym temat (nawet za cenę dalszej komplikacji modelu) - przyjmę reklamację. Można było rzecz jasna uwzględnić rezonansik zaznaczający się w okolicach 1,8kHz, ale nie przypuszczam aby mógł on znacząco wpłynąć na przesunięcie fazy. Charakterystyka fazowa modelu (ale tym razem w stopniach a nie w radianach) zawarta jest niżej:
głośnik_faza.jpg
Tym razem nie próbowałem nawet wyprowadzać i rozwiązywać układu równań pozwalających analitycznie wyliczyć elementy układu kompensacyjnego. I dlatego że równań byłoby dużo więcej (dochodzą bowiem w modelu głośnika dwie indukcyjności oraz dwie rezystancje które powinny zostać uwzględnione w dwójniku kompensacyjnym), i dlatego że ów dwójnik bardzo by się wówczas skomplikował. Tymczasem postawiłem wcześniej aprioryczną tezę jakoby do zadawalającego skompensowania impedancji rozbudowanego modelu głośnika miał wystarczyć jeden dodatkowy rezystor, i tym samym wziąłem na siebie obowiązek jej udowodnienia. Toteż obwód kompensacyjny, inaczej niż model głośnika, został rozbudowany tylko nieznacznie. Doszedł jedynie rezystor Rcke w sieci opisanej poniżej

GŁOŚNIK Z REZONANSEM I KOMPENSACJĄ
.AC DEC 1000 1 20k
IIN 0 1 AC 1
***** MODEL GŁOŚNIKA *****
*CEWKA
Re 1 3 3.2
Rs 3 7 3.9
Rs1 8 7 10
Le 3 7 1m
Le1 8 7 .2m
Le2 2 8 .22m
*REZONANS
R 2 0 17.5
C 2 0 1200u
L 2 0 16m
***** OBWÓD KOMPENSACYJNY *****
Rke 1 4 3.2
*KOMPENSACJA INDUKCYJNOŚCI
Cke 4 9 82u
Rcke 9 0 1
*KOMPENSACJA REZONANSU
Lk 4 5 15m
Rk 5 6 .6
Ck 6 0 1280u
***** *****
.PROBE V(1) I(IIN)
.END

Tym razem musiałem w ciemno dobierać elementy kompensacyjne. Pewnym ułatwieniem była świadomość że rezonans obwodu kompensacyjnego powinien być równy (lub wypadać bardzo blisko) rezonansowi głośnika, zatem równanie LkCk = RC pozostało w mocy, podobnie jak zależność Rke = Re. Po nabraniu pewnej wprawy można zauważyć jak zmiany poszczególnych elementów kompensatora wpływają na wysokość i wzajemne położenie szczytów odchyłek modułu impedancji od wartości znamionowej. Ostatecznie poprzestałem na osiągnięciu charakterystyki modułu impedancji jak na poniższym wykresie:
skompensowany.jpg
Znacząco poprawić tej charakterystyki raczej już się nie da, już choćby z powodu pominięcia jednej rezystancji i dwóch pojemności które odpowiadałyby rezystancji oraz indukcyjnościom w rozbudowanym modelu głośnika. Pozostaje pocieszać się faktem że dla żadnej częstotliwości moduł impedancji nie spada poniżej 3,2 oma - minimalnej impedancji dla DC oraz częstotliwości rzędu kilkuset Hz jaką wykazywał model badany przez Autora. Gdy jednak obejrzymy charakterystykę fazową tak skompensowanego modelu
skompensowany_faza.jpg
to właściwie można na tym zakończyć. Faza mieści się bowiem w przedziale -5/+5 stopnia. Jeszcze można by conajwyżej zamodelować cały wzmacniacz z zabezpieczeniem przeciwzwarciowym i przekonać się czy istotnie tak zredukowana odchyłka fazy może zakłócić jego działanie. I oczywiście zweryfikować wszystko to co powyżej w realu. Piłeczka jest zatem po stronie Autora dysponującego zarówno sprzętem pomiarowym jak i głośnikiem który usiłowałem odwzorować w modelu. Życzę zatem Autorowi wytrwałości i sam oczekuję na wyniki.
Gdyby zaś zadanie polegało na skompensowaniu gotowego zespołu głośnikowego, najlepiej takiego który wykazuje dobrą stałość impedancji poza zakresem rezonansu GDN - poprzestałbym na skompensowaniu tylko tego rezonansu. Wówczas cały kompensator uprościłby się do szeregowego obwodu RLC włączonego równolegle do wejścia kolumny. Z pewnością to uczynię gdybym zauważył u siebie jakiekolwiek niepokojące objawy świadczące o przedwczesnym zadziałaniu zabezpieczenia pzwar.
ODPOWIEDZ