Тайна сабвуфера

[_Сам_]

Обращаюсь к коллективному разуму за мозговым штурмом.
Измерял я на днях импеданс сабового динамика и обнаружил странный факт.
В полосе 500-4000 Гц его сопротивление растёт линейно (в логарифмических координатах), как и ожидалось, но со скоростью 3 dB/октаву. Я ожидал увидеть 6, а тут 3. Причём ровненько так...
Выглядит оно так, словно индуктивность катушки уменьшается на 3 dB с ростом частоты в два раза.

В этой связи вскочил вопрос:
Какого, спрашивается, лешего так получается и как это можно объяснить с точки зрения физики?

[Openreel]

Да вроде нет.

На скриншоте с формулами. должно быть XL = jwL

---------- Сообщение добавлено 14:59 ---------- Предыдущее сообщение было 14:52 ----------

Иде?
Там формула общего сопротивления.

У индуктивности нет R, только L.
Формула не абстрактного общего сопротивления, а сопротивления последовательной LR цепи. Ты должен понимать, что это формула для расчета идеальных компонентов, а не точная модель реальной катушки динамика.

[Сухоруков Сергей]

Какого, спрашивается, лешего так получается и как это можно объяснить с точки зрения физики?

Так ведь динамик - это сложная система: резонансная, нелинейная система, излучающая акустическую энергию. Почему Вы решили, что эта система должна вести себя, как катушка индуктивности?

[Openreel]

Моё изумление было связано с тем, что построить фильтр с крутизной 3 дБ не так-то просто

Оно просто так совпало. Динамик это ведь не "просто катушка" индуктивности, там часть энергии уходит на движение диффузора. Часть катушки имеет взаимоиндуктивность с наружным и внутренним кольцом магнитной системы - имеем вторичные обмотки, нагруженные на кусок железия. Магнитная проницаемость железия(керна и фланца) не есть константа, а есть функция от частоты. Причем векторная функция, поскольку сама магнитная проницаемость - комплексная величина. Магнит - тоже далек от линейности.
Если делать более-менее приличную модель, то там выплывает и акустики и механики и электричества...

[Папа Карло]

Оно просто так совпало. Динамик это ведь не "просто катушка" индуктивности, там часть энергии уходит на движение диффузора. Часть катушки имеет взаимоиндуктивность с наружным и внутренним кольцом магнитной системы - имеем вторичные обмотки, нагруженные на кусок железия. Магнитная проницаемость железия(керна и фланца) не есть константа, а есть функция от частоты. Причем векторная функция, поскольку сама магнитная проницаемость - комплексная величина. Магнит - тоже далек от линейности.
Если делать более-менее приличную модель, то там выплывает и акустики и механики и электричества...

И что? Видимо человеку от ваших уведомлений стало легче в разрешении вопроса, а вы ему весьма гарно помогли такой умный и красивый

[DmitSir]

При чём для измерения индуктивности производители заливают в зазор эпоксидку.

Серьезно ?
А смысл ? Все равно надо знать индуктивность исправного динамика, а не с заклининой катушкой. Или я что-то не знаю ?

А разве бывают другие варианты кроме железного сердечника?

Ну как бы да... Но сталь разная бывает. Я не спец по их свойствам, но может как-то это влияет. А еще бывает КЗ виток на керне.

Казалось бы, что индуктивность такой катушки должна становиться больше при вставлении внутрь трубы цилиндра-заглушки. Но этого не происходило.

Совсем недавно такую-же штуку наблюдал с ферритовым сердечником формы как на фото. Хотел увеличить индуктивность воткнув внутрть стержень этой же длинны.
Она менялась, но не более 5..10%, а вот увеличение длинны этого стержня или частичное его вытаскивание из полого серденика/цилиндра уже давало заметное увеличение индуктивности.


---------- Сообщение добавлено 20:57 ---------- Предыдущее сообщение было 20:52 ----------

внешняя труба экранировала магнитное поле для вставляемого сердечника, что как бы логично. Собственно магнитные экраны так и делают: коробка из ферромагнетика. Чем сильнее поле тем толще экран.

Погодите-ка.. А что же тогда получается с цельным сердечником большого сечения ? Внутренние слои сердечника не работают как магнитопровод будучи экранированными внешними слоями ?

[Openreel]

А что же тогда получается с цельным сердечником большого сечения ? Внутренние слои сердечника не работают как магнитопровод будучи экранированными внешними слоями ?

Нет проблем промоделировать магнитопроводы в постоянном поле (FEMM всем доступен давно и бесплатно), сразу видно как там не совсем равномерно поток распределяется. Что говорить про переменку и неведомое штампованное железо( почти гарантировано с анизотропными свойствами).
Наличие скин слоя в проводах никого не удивляет, а магнитный поток вот прямо обязан по всей толщине ровно ползти.

[VladimirV]

Все равно надо знать индуктивность исправного динамика, а не с заклининой катушкой.

А как её измерить то - чисто индуктивность на частотах, где катушка весьма и весьма подвижна? Пока её не заклинить - мухи с котлетами будут вместе, и значение чисто индуктивности - Вы не получите. Будет винегрет из индуктивности и электромеханики подвижки.

[Папа Карло]

Ну шта уж вы так доверяете всем программам моделирования магнитного поля и всего прочего? Там что ли гении за прогами стоят? Обычные программисты, в физике, кстати, мало сведующие... Ошибки и прочие дела - нормальная такая тема...

[DmitSir]

Пока её не заклинить - мухи с котлетами будут вместе, и значение чисто индуктивности - Вы не получите. Будет винегрет из индуктивности и электромеханики подвижки.

Пересчитать мух и котлеты можно и отдельно, но есть-то их все равно придется вместе.
Для чего нам надо знать индуктивность динамика ? Чтоб как-то учесть это при разработке фильтра или учеть индуктивную составляющую на котрую будет работать усилитель (АБ на большую индуктивность скрепя работают)
Фильтр будет нагружен на незаклининый динамик.
Заливание эпоксидки в зазор как по мне это намеренное её снижение для того чтоб в даташитах гордо указать какие они молодцы сделали низкоиндуктивный динамик, а по факту пользователь будет использовать обычный.

[VladimirV]

Пересчитать мух и котлеты можно и отдельно

Интересно, это как? Приближенно посчитать? С такого приближения толку мало. К тому же посчитать токи в сердечнике боле-мене точно на разных частотах не получится. Там ведь не просто железо, а со смещением магнитного поля, да еще - значительным по величине, когда мы заходим в область загиба петли гистерезиса. Да еще мы не знаем инерционность/подвижность доменов на этой ветви гистерезиса на приличных частотах. Зависимость мю от текущей частоты при текущем смещении постоянки магнитного поля - ? Расчетные возможности тут резко ограничены неопределенностью кучи параметров, так что результат будет далек от истины.
А посчитать электромеханику диффузора - это вообще невозможно.

Заливание эпоксидки в зазор как по мне это намеренное её снижение для того чтоб в даташитах гордо указать какие они молодцы сделали низкоиндуктивный динамик

Почему? Это получение объективно измеренного значения - никакого жульства тут нету.

[Merstan]

А как иначе измерять?
В зависимости от хода и от частоты?

[_Сам_]

Погодите-ка.. А что же тогда получается с цельным сердечником большого сечения ? Внутренние слои сердечника не работают как магнитопровод будучи экранированными внешними слоями ?

Думаю, работает всё примерно так: пока поле слабое, то весь магнитный поток шпарит через внешний слой сердечника. Если ток увеличить, то внешний слой ферромагнетика насытится и поле проникнет глубже в сердечник. Чем больше ток, тем более глубокие слои подключаются к работе.

Оно просто так совпало.

Возможно, что так и есть. Может с другим динамиком наклон окажется вовсе не 3 дБ/октава. Нужно измерять.
Короче я достал свой стенд

и попробую получить дополнительную информацию и найти ответы. Сразу здесь приведу примерную схему стенда, чтобы было понятнее что и как измеряется.

[Древний юзер]

Думаю, работает всё примерно так: пока поле слабое, то весь магнитный поток шпарит через внешний слой сердечника. Если ток увеличить, то внешний слой ферромагнетика насытится ....

так точно, в правадах это назвается поверхносный дэффект, еще от частоты зависит.

вы сами не понимамаете какую глупость пишете?

[Gudronov]

В гугль на предмет "вихревые токи в сердечнике вытеснение потока" таки положили.
Но все впорядке. Я не удивляюсь децибeлам импеданса, моделингу "пассив-актив", все путем, лишь бы хату не спалили.

Offтопик:
Вот серьезно.
Разве нужно быть ненормальным, чтобы задуматься, почему трансы из изолированных пластин набирают. Что у ферритов ро на порядки выше сталей. Что вообще, если "в мире что-то не так", причину нужно искать не в мире.

[_Сам_]

поверхносный дэффект, еще от частоты зависит.

кстати толщина поверхностного слоя скин-эффекта как раз уменьшается от частоты со скорость 3 дБ на октаву.
Что-то мне подсказывает, что катушка на монолитном железном керне-сердечнике уменьшает свою индуктивность с такой же скоростью из-за уменьшения глубины проникновения магнитного поля в железку

[DmitSir]

Offтопик:
Хоть одна стоящая тема на Веге без срача и ругани.
Причём с интересной информацией.
Приятно почитать.

[_Сам_]

Прежде чем кидаться графиками наверное стоит пояснить метод измерения.

1. Калибровка измериловки.
Подключаю вход АЦП на опорный резистор ИТУНа и запускаю свип-тон амплитудой 866 мА. (контроль RMS напряжения мультиметром при 100 Гц на резисторе 2.35 Ом)
Смотрим на картинку

Справа кривулька, которую намерил LspLAB. Завал на НЧ связан с разделительными конденсаторами в тракте.
Подбираю амплитуду источника тока и параметры HighPass фильтра в схеме, чтобы микрокап рисовал похожий график с теми же самыми децибелами.

2. Измерение динамика.
Подключаем АЦП на горячий провод нагрузки и снова свистим.

Теперь подбираем Fs, Qts и емкость в известной схеме эквивалента динамика так, чтобы резонансный пик на 43 Гц совпал с измерениями LspLAB.

А теперь суть проблемы. Нарисованы четыре кривые импеданса с разной индуктивностью катушки L2, которая выбрана так, чтобы напряжение совпало при частотах 500, 1000, 2000 и 4000 Гц.
Видно, что с каждым удвоением частоты L2 уменьшается примерно в 1.4 раза. И выше 100 Гц все кривые слабо похожи на целевой график АЧХ от LspLAB

Теперь проверим насколько сильно зависит форма кривой импеданса от амплитуды тока в катушке.
Я сделал 3 измерения с амплитудой 866, 274 и 87 мА.
Все кривые напряжения на опорном резисторе легли одинаково с шагом 10 дБ как и было заказано.


А вот так выглядит напряжение на нагрузке

Я опасался, что характер нарастания будет сильно отличаться, потому что тогда непонятно вообще, что с этим делать, но нет. Шаг 10 дБ просматривается, правда на частотах выше 500 Гц кривые чуть-чуть расходятся. Буквально на пару дБ к 4 кГц. Но в целом реакция на 10 кратное изменение сигнала близка к линейной и L2 можно заменить гирляндой из линейных R и L для приличной аппроксимации импеданса.

Не очень приятно, но стал заметен тот факт, что частота резонанса оказывается заметно зависит от амплитуды.
Заметив этот момент я решил проверить его в более узком диапазоне частот до 400 Гц.
Вот четыре кривые для тока 1.54, 0.487, 0.154 и 0.049 A

Видно, резонанс уплывает аж на 8 Гц. Видимо так сказываются нелинейности механической системы динамика.
Одно приятно, что в области сильных токов Fs снижается, а не наоборот и кроме того приближается к паспортному значению 42 Гц.

[Папа Карло]

_Сам_, а не могли бы вы напомнить про последовательный резонанс динамика - это минимум импеданса справа от пика на резонансе. И от чего этот минимум по вашему будет зависеть по частоте и сопротивлению?

[Папа Карло]

Думаю что так вышло случайно, просто так повелось.

Нет, не случайно.

[_Сам_]

_Сам_, а не могли бы вы напомнить про последовательный резонанс динамика - это минимум импеданса справа от пика на резонансе. И от чего этот минимум по вашему будет зависеть по частоте и сопротивлению?

В рамках поршневой модели, когда катушка и диффузор двигаются как единое целое, есть только один резонанс в системе -- максимум импеданса. Минимум справа от него возникает только при наличии собственной индуктивности катушки L2. При малых значения L2 импеданс монотонно приближается к величине Re