Pomiar parametrów TSP głośników w warunkach domowych

Parametrami głośnika wystarczającymi do obliczenia wielkości obudowy są: 
- częstotliwość rezonansowa głośnika F_s (Hz); 
- objętość ekwiwalentna V_as (litr); 
- dobroć całkowita Q_ts; 
- rezystacja cewki R_e (Om).

Celem przeprowadzenia dokładnej analizy, powinniśmy jeszcze znać poniższe parametry głośnika:
- dobroć mechaniczną Q_ms; 
- dobroć elektryczną Q_es; 
- powierzchnię membrany S_d (m²) lub jej średnicę D_ia (cm); 
- skuteczność S_PL (dB); 
- impedancję Z (Om); 
- moc szczytową P_e (W); 
- masę układu drgającego M_ms (g).

Większość tych parametrów może być zmierzona w domowych warunkach. Wystarczy posiadać proste przyrządy i kalkulator.
Parametry, które możemy sami pomierzyć to: R_e, F_s, F_c, Q_es, Q_ms, Q_ts, Q_tc, V_as, S_d. 

Celem przeprowadzenia pomiarów powinniśmy posiadać: 
1. woltomierz napięcia przemiennego, 
2. generator akustyczny, 
3. częstościomierz cyfrowy, 
4. rezystor 1000 Om o mocy 5 W, 
5. dokładny 1% rezystor 10 Om, 
6. przewody konieczne do połączenia zestawu pomiarowego wg. schematu podanego poniżej. 
Zamiast generatora i częstościomierza cyfrowego możemy użyć karty dźwiękowej komputera z odpowiednim oprogramowaniem.

 

 

Kalibracja

Na początek przeprowadzamy kalibracje układu pomiarowego. W miejsce głośnika włączamy rezystor 10 Om i napięcie wyjściowe generatora ustawiamy tak, by woltomierz wskazywał wielkość napięcia równą 10 mV (0.01 V).
Pamiętajmy! Po skalibrowaniu układu nie możemy zmieniać ustawienia napięcia wyjściowego generatora.

Pomiar R_e

Pomiaru R_e dokonujemy ustawiając częstotliwość generatora w pobliżu 0 Hz, mnożymy wskazania woltomierza przez 1000 - jest to rezystancja cewki dla prądu stałego. Nie wszystkie woltomierze prądu przemiennego dokonują pomiarów przy tak niskich częstotliwościach, dlatego polecam drugi sposób, a mianowicie pomiar zwykłym omomierzem.

Pomiar Fs i R_max

Podczas wykonywania tych pomiarów, głośnik powinien być umocowany w taki sposób, by spełnione były warunki swobodnego drgania membrany głośnika, wszak pomiary dotyczą głośnika w tzw. swobodnym zawieszeniu. Celem określenia częstotliwości rezonansowej głośnika wolno zmieniamy częstotliwość generatora i obserwujemy wskazania woltomierza. Ta częstotliwość przy której wychylenie woltomierza jest maksymalne, jest częstotliwością rezonansową głośnika F_s. Wychylenie woltomierza pomnożone przez 1000 określi parametrR_max, konieczny do określenia kolejnych parametrów głośnika. Głośniki o średnicy większej od 16 cm powinny posiadać częstotliwość rezonansową poniżej 100 Hz. Uwaga notujemy wskazania częstościomierza i woltomierza.

Określenie parametrów Q_ms, Q_es i Q_ts

Parametry te obliczamy zgodnie z poniższymi wzorami.

Jak widać celem określenia Q_ms, Q_es i Q_ts konieczne jet określenie pomocniczych parametrówR_o i R_x i pomiar częstotliwości F₁ i F₂. Częstotliwości przy których impedancja głośnika będzie równa obliczonej przez nas wartości R_x. Ponieważ wartość R_x jest zawsze mniejsza od wartościR_max to częstotliwości będą dwie, jedna mniejsza od F_s zaś druga większa od F_s. Możemy sprawdzić poprawność wykonanych przez nas pomiarów obliczając F_s wg przedstawionego poniżej wzoru.

Jeżeli wyniki pomierzonej wartości F_s różnią się od wartości obliczonej o więcej niż 1 Hz powinniśmy powtórzyć nasze pomiary od początku.
Na podstawie pomierzonych parametrów możemy już wyciągnąć wnioski:

• Jeżeli częstotliwość rezonansowa głośnika jest wyższa niż 50 Hz to korzystnie będzie użyć tego głośnika jako niskośredniotonowy. Na pewno głośnik ten nie sprawdzi się jako subwoofer.

• Jeżeli częstotliwość rezonansowa głośnika jest wyższa niż 100 Hz to może on pracować jako głośnik średniotonowy w systemach trójdrożnych

• Jeżeli iloczyn F_s/Q_ts głośnika jest mniejszy od 50 to głośnik ten najlepiej sprawdzi się w obudowie typu zamkniętego. Jeżeli iloczyn jest większy od 100 to najkorzystniej użyć obudowy bass reflex lub band pass.

• Natomiast w przypadku gdy iloczyn zawiera się w przedziale 50-100 należy wziąć pod uwagę inne parametry głośnika i wtedy podjąć decyzje o typie obudowy. Jest wiele programów komputerowych do określenia wielkości i typu obudowy. Jednak aby zastosować te programy konieczne jest określenie parametrów - V_as, S_d, C_ms.

Obliczenie Sd

Efektywną powierzchnię membrany głośnika obliczamy wg wzoru:

 

Promień membrany głośnika R równy jest połowie średnicy mierzonej między połowami górnego resora.

Określenie objętości zastępczej V_as

Najprostszą i moim zdaniem najskuteczniejszą metodą jest pomiar V_as, przy pomocy zamkniętej obudowy głośnika o znanej objętości. Głośnik montujemy magnesem na zewnątrz, po pierwsze łatwiej zamocować i nie korygujemy objętości skrzynki. Pomiar przeprowadzamy w następujący sposób:
Obliczamy objętość posiadanej przez nas obudowy i oznaczamy jako V_b.
W układzie pomiarowym dokonujemy pomiaru częstotliwości rezonansowej głośnika w obudowie zamkniętej i oznaczamy jako F_c - metoda pomiaru identyczna jak dla pomiaru głośnika swobodnie zawieszonego. Następnie znaną już metodą według wzorów określamy Q_ec, a następnie według wzoru przedstawionego poniżej obliczamy V_as.

Możemy również skorzystać z poniższej zależności:

Prawda, że proste?