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Transcript
Thiele /Small parámetros del Altavoz
Hay diversas maneras de medir los parámetros de Thiele/Small de un driver del
altavoz. El método descrito aquí proporciona una manera para el principiante y
el entusiasta del HUM de medir los parámetros sin ningún equipo costoso o
especializado.
Definiciones:
Re Resistencia eléctrica de la bobina de la voz
Fs Frecuencia de resonancia de la masa móvil del altavoz (en aire libre)
Qes Q eléctrico del altavoz
Qms Q mecánico del altavoz
Qts Q total del altavoz
Vas Volumen de aire equivalente de la suspensión total móvil del altavoz
Midiendo Re, Fs, Qes, Qms y Qts
Para medir estos parámetros usando el método de perfil bajo, necesitarás tener
los componentes siguientes:





Un amplificador de energía, clasificado en 10 vatios (RMS) o más
Oscilador de frecuencia de audio
Multímetro digital (con la medida de la frecuencia)
Una resistencia de 5 vatios (cualquier valor entre 4 a 10 ohmios)
Pinzas de cocodrilo - usted necesitará 4 sistemas de plomos (los plomos
pueden ser soldados uno en lugar de otro)
El cuadro 1 muestra una curva típica de impedancia para un altavoz (véase
cuadro 5 para el circuito equivalente de este "altavoz", que fue simulado para
este artículo). La resonancia causa un gran aumento de impedancia, y en una
cierta frecuencia más alta, la inductancia de la bobina de la voz hace que la
impedancia se eleve otra vez. La región para las medidas iniciales debe estar
dentro de la región "linear" de la curva de la impedancia. En el ejemplo de
abajo, la resonancia está en 27Hz, y la región linear se extiende alrededor de
100Hz a 400Hz.
En la resonancia, la impedancia del altavoz es resistencia pura. Pues la
frecuencia aumenta hacia resonancia, la característica de la impedancia es
inductiva. Más allá de la resonancia como caídas de la impedancia, la
característica de la impedancia es capacitativa. Dentro de la región "linear", la
impedancia es otra vez (casi) resistente, pero en la impedancia nominal del
altavoz. En la frecuencia donde la inductancia de la bobina de la voz llega a ser
significativa, la impedancia es progresivamente más inductiva pues se eleva la
frecuencia. Es común agregar una red de compensación para mantener una
característica resistente total en estas frecuencias más altas, para no
comprometer el funcionamiento del filtro de la cruce.
Cuadro 1 - Curva De la Impedancia Del Altavoz
El multímetro debe ser capaz de medir frecuencia, así como voltaje AC
(corriente alterna) y resistencia. Se hace imprescindible la recomendación este
multímetro, puesto que las medidas de la frecuencia son críticas. El
amplificador debe ser capaz de reproducir a partir 10 hertzios a 2 kilociclos sin
la variación en voltaje de salida. Es totalmente necesario que sea insensible a
cualquier carga sobre 4 ohmios. El oscilador de audio debe también producir
una señal con la distorsión relativamente baja, y el voltaje de la salida no debe
variar mientras que se ajusta la frecuencia.
Medir la resistencia a través de los terminales del altavoz para obtener Re.
Medir la resistencia exacta de la resistencia de la fuente de 5 vatios, Rs.
El driver del altavoz se debe suspender en espacio libre, sin superficies de
obstrucción o interferencias cercanas. Cualquier límite más cercano de 60 cm.
(afectará a la exactitud de las medidas
Conecta el circuito según se muestra en el cuadro 2, el oscilador audio con los
terminales de entrada del amplificador, pero con el multímetro conectado a los
terminales de salida del amplificador en vez del “resistor”.
Fija el oscilador a aproximadamente 100 a 200 hertzios (o por lo menos a 2
octavas sobre la resonancia).
Fija la salida del amplificador entre a 0.5V y a 1.0V (esto es: Vs). Puedes
necesitar experimentar con diversos voltajes, dependiendo de la exactitud de
sus lecturas actuales (o de los cálculos). No intentes utilizar voltajes más altos,
pues el altavoz puede dirigirse fuera de su gama linear, que arruinaría la
validez de las medidas. Los parámetros que son medidos son de " pequeña
señal”. Es esencial que una pequeña señal sea realmente utilizada.
Calcula la corriente del altavoz ( Is), para cerciorarte de que tendrás una
corriente razonable de trabajo. Comprueba que el altavoz no esta cerca de la
frecuencia de resonancia, cambiando la frecuencia del oscilador por 50Hz o en
cualquier dirección, y mide el voltaje a través del altavoz. No la debes cambiar
por cualquier cantidad apreciable.
Is = Vs/(Re + Rs)
Vuelve a conectar el circuito según lo demostrado en el cuadro 2, usando otra
vez las pinzas de cocodrilo cuando sea necesario.
Cuadro 2 - Medir los parámetros principales del altavoz
Ajusta la frecuencia hasta que el voltaje a través de la resistencia alcanza el
valor mínimo. Sin cambiar nada, mide cuidadosamente la frecuencia y el voltaje
a
través
del
“resistor”.
Frecuencia
Fs
Voltaje a través del resistor
VM
Calcule el siguiente...
Corriente del altavoz
Im = VM/Rs
Impedancia del driver en la
resonancia
Rm = (Vs –Vm)
/ Im
r0
r0 = Is / Im
corriente de -3dB
Ir = (Im *
Is)^0.5
voltaje de -3dB
Vr = Ir * Rs
Termina las medidas para la Fi y Fh, para los cuales el voltaje a través del la
resistencia de la fuente es igual a Vr, y como comprobación (asegurarse de
que sus cálculos y medidas son exactos), calcula la frecuencia resonante
basada en estas dos medidas pasadas.
Comprueba eso...
(FI * Fh) = Fs
Comprueba lo dicho anteriormente, (dentro de 1 o de 2Hz), después Qes, Qms
y Qts pueden ser calculados como sigue:
Qms = Fs * r0/(Fh - Fi)
Qes = (Qms/(r0 - 1)) * (Re/(Rs + Re))
Qts = Qms * Qes/(Qms + Qes)
Puedes utilizar la hoja adjunta para realizar los cálculos automáticamente, ver:
ls_param.xls
Medida de Vas (volumen de aire equivalente)
Para medir Vas, utiliza un buen recinto sólido del volumen que sea
aproximadamente un cubo del tamaño nominal del altavoz. Por ejemplo, un
altavoz de 300mm (12") necesita una caja de cerca de 28 litros. Para esta
referencia, un pie cúbico es 28,3168 litros, y un litro está contenido por un cubo
de 100mm por cada lado.
Cuadro 3 - Disposición para medir Vas
Determina el volumen total, incluyendo el recorte del altavoz y esta encerrado
por el cono con el altavoz montado en el exterior de la caja para el acceso fácil.
Mide la frecuencia resonante en esta situación, y utiliza la frecuencia resonante
libre del espacio de aire que determinada según lo demostrado anteriormente.
La determinación del volumen encerrado por el cono del altavoz es algo difícil.
Utiliza uno de los métodos siguientes...

Coloca el altavoz en una bolsa de plástico, asegurándolo, se sella
totalmente. La bolsa se debe aflojar bastante para poderlo empujar
fácilmente por el área del cono. Coloca el altavoz envuelto en una
superficie plana, con los revestimientos del cono hacia arriba. El cono se
puede en este momento llenar de agua con cuidado, y verter el agua
cuidadosamente hacia fuera en un jarro, se mide. La medida que resulta
será un poco mayor que el volumen real porque el cono será presionado
por la masa del agua. El área del recorte del altavoz en la caja todavía
debe
ser
agregada.

Toma una serie de medidas. El área interna del cono se mide, después
se divide en las secciones del volumen que puede ser calculado. Para la
mayoría de los altavoces tendremos dos formas básicas hacer, y aunque
este método no es el 100% exacto, dará probablemente el mejor
resultado en la mayoría de casos.
Cuadro 4 - Determinación del volumen del cono
Hay un cilindro plano (disco) que se ha formado por el área externa de la
campana y del recorte en el recinto. El anillo triangular se ha formado por el
cono en sí mismo, según se ha demostrado arriba. Finalmente, el cilindro
ocupa el área sobre el “dust cap”. La profundidad del cilindro debe ser un
promedio aproximado de la distancia de la superficie de montaje y del “dust
cap”.
El volumen del cilindro y del disco es dado por la fórmula convencional...
V CYL = * r 2 * h (donde r es el radio r y h es altura), y...
Vdisc V = * r 2 * h
El volumen del “anillo triangular” es dado por...
V ring = (( * r 2 * h) – VCYL) / 2
El volumen total del altavoz es simplemente la suma de los 3 volúmenes
calculados arriba. Se calcula el volumen de la caja como uno normalmente,
tomando mucho cuidado de asegurarse que las medidas son exactas. La caja
se puede apoyar, pero no debe tener ninguna fibra de vidrio u otro material de
amortiguamiento del sonido interior. Cerciórate de que el volumen ocupadoapoyando esté considerado en tus cálculos. Incluso una caja simple será
suficientemente rígida en las frecuencias interesantes, así que no se requiere
un gabinete acústicamente muerto (aunque no dañará).
Vas = Vb((Fb/Fs) 2 - 1)
donde Vb es el volumen cubierto por el altavoz y la caja, y Fb es la frecuencia
de resonancia del altavoz y de la caja combinados. Fs es la resonancia libre del
aire medida previamente.
Cálculo de Ejemplo
Se ha utilizado una simulación de un altavoz similar al de los cálculos
anteriores. El circuito equivalente del altavoz se muestra en el cuadro 5. Este
circuito también se utilizó para crear el gráfico de la impedancia mostrado en el
cuadro 1.
Cuadro 5 - Altavoz Simulado De la Prueba
La hoja siguiente muestra los valores para el "altavoz", y el único (es decir
inventado) valor ideado está para la resonancia en la caja sellada. Era
necesario inventar un número, aquí pues no es posible simularlo. La figura final
mostrada es bastante típica de muchos de tales drivers, tampoco está tan lejos
de la realidad.
Cuadro 6 - Ejemplo Del Cálculo Usando Is_param.xls
Como puedes ver, la hoja de Excel calculará todo para ti, incluyendo el
volumen del cono y Vas. Naturalmente conseguirás figuras absolutamente
diferentes de ésas demostradas, pero el principio es exactamente igual.