43059

Проект электродинамического громкоговорителя

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Для этого по графику зависимости (xm) (рис.2) находим минимальное допустимое, при заданной амплитуде смещения xm, значение ширины свободного воздушного зазора bз, от размера которого зависит скорость теплообмена и допустимая удельная мощность, которая рассеивается единицей поверхности. Величину Руд находим по графику зависимости Руд() (рис.3).

Русский

2013-11-01

601 KB

7 чел.

Национальный технический университет Украины

“Киевский политехнический институт”

Кафедра акустики и акустоэлектроники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине Электроакустика

тема Проект электродинамического громкоговорителя 

Руководитель Лунева С.А.                            Выполнил Клочко А.Д.

Допущен к защите                                               студент  3-го  курса

“_____”___________ 2004г                                группы   ДГ-32

Защищено с оценкой                                           зачётная книжка

_______________________                                №3204

2005

СОДЕРЖАНИЕ

  1.  РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ

1.1. Исходные данные для расчета некоторых параметров

       громкоговорителя …………………………………………………….  2

1.2. Расчет звуковой катушки и параметров магнитного зазора ..……....  2

1.3. Расчет диффузора ……………………………………………………...  5

1.4. Расчет гибкой подвески ……………………………………………….  6

1.5. Расчет магнитной системы ……………………………………………  8

1.6. Расчет внешнего оформления ………………………………………..  10

1.7. Расчет частотной  характеристики громкоговорителя ……………..  11.

ВЫВОД …………………………………………………………………………  17

Приложение …………………………………………………………………….  18

 1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ

  1.  Исходные данные для расчета параметров громкоговорителя

  •  Номинальная электрическая мощность Р = 1 Вт;
  •  Полное электрическое сопротивление громкоговорителя z = 4 Ом;
  •  Номинальный диапазон частот        fн = 100 Гц        fв= 8000 Гц;
  •  Коэффициент нелинейных искажений на частоте f = fн     kf = 10;
  •  Среднее стандартное звуковое давление Pст = 0.3 Па;
  •  Конструкция магнита –ВК;
  •  Тип внешнего оформления – открытый ящик.

  1.  Определим принадлежность громкоговорителя до одного из трех классов громкоговорителей. Так как fн = 100 < 300 Гц и fв= 8000 5000 Гц, то данный громкоговоритель является широкополосным.   
    1.  Найдем номинальное давление Рн:   

Рн = Pст = 0.3 = 0.3 Па. 

1.1.3.   Найдем частоту резонанса механической системы f0:

 fр = 1.1 fн Гц.= 1.1∙100=110 Гц

1.1.4. Определим допустимую амплитуду смещения подвижной части системы на  резонансной частоте xm:        

           xm = xm03 = 1.510-33= 1.389510-3 м.

xm0 – допустимая амплитуда смещения (для громкоговорителя мощностью 1 Вт на резонансной частоте f0 = 1000 Гц). Графики зависимости xm0(kf) приведены на рис.1.           

1.2. Расчет звуковой катушки и параметров магнитного зазора

Исходные данные:

  •  Номинальная электрическая мощность Р = 1 Вт;
  •  Полное электрическое сопротивление громкоговорителя z =4 Ом;
  •  Максимальная амплитуда смещения xm = 1.3910-3 м.

1.2.1. Определяем мощность, которая рассеивается единицей площади боковой звуковой  катушки:

Для этого по графику зависимости (xm) (рис.2) находим минимальное допустимое, при заданной амплитуде смещения xm, значение ширины свободного воздушного зазора bз, от размера которого зависит скорость теплообмена и допустимая удельная мощность, которая рассеивается единицей поверхности. Величину Руд находим по графику зависимости Руд() (рис.3).

1.2.2.  Рассчитаем площадь боковой поверхности звуковой катушки:

           Sб = = м2.

1.2.3.  Выбираем отношение диаметра катушки к её высоте:

k =  (так как Р>3 Вт).

1.2.4.  Определяем диаметр звуковой катушки  и её высоту:

 = =  м.

 = м.

1.2.5.  Найдем диаметр керна магнитной системы:

 dk = - 2= 0.008 - 20.810-3 = 0.008м.

Принимаем ближайшее номинальное значение диаметра керна согласно с

ГОСТ – 9010 – 59 таким, что равняется 10, 12, 15, 17, 20, 35, 40.

1.2.6.  Определяем диаметр звуковой катушки через заданное значение её     электрического сопротивления:

Выбираем согласно данному ряду dk = 0.01 м., тогда  

= dk + 2 = 0.01 + 20.810-3 = 0.01036м.   

1.2.7.  Определим диаметр провода звуковой катушки через значение её электрического  

сопротивления:

 dп = = 0.12310-3 м., где

n – число слоев обмотки звуковой катушки (принимаем n= 4 );

- удельное сопротивление провода для меди ( = 1.7510-8 Омм).

1.2.8.  Определим плотность тока:

j = = 5.77107 , где

Sп – площадь поперечного сечения провода  Sп = = 9.510-9 м2.

Найденное значение плотности тока сравним с допустимым, найденным по графику зависимости (рис.4). Из графика зависимости видно, что найденное значение не превышает допустимое.

1.2.9.  Рассчитаем количество витков звуковой катушки:

 W = nQ = 72.

Q = 0.85…0.95 – коэффициент заполнения.  

1.2.10.  Найдем длину провода звуковой катушки и рассчитаем сопротивление зуковой катушки согласно с формулой:

 R = = . Выбором dп, W, lп добиваемся, чтобы R = (0.8…1.95)zвх.

 lп = W, тогда с вышеуказанными условиями рассчитаем длину провода

           lп =2.34 м

1.2.11.  Определим массу звуковой катушки как сумму масс провода и каркаса mк:

 mп = lпSпп = 0.00020кг.,

где п – плотность материала провода (плотность меди п = 8.9103 );

mк = hккк = 0.000102 кг.,

hк – высота каркаса звуковой катушки  hк = 3= 0.006 м.,

к – плотность материала каркаса  к = 850 ,

к – толщина каркаса к = 0.15 мм = 0.00015 м.

Тогда mзк = mп + mк = 0.0003 кг.    

1.2.12. Определим толщину звуковой катушки:

 ∆зк = ndп + ∆к = 0.00059 м.

1.2.13.  Определим ширину магнитного зазора:

 bз = ∆зк + 2  0.001 м.

1.2.14.  Выберем высоту магнитного зазора для громкоговорителя:

 hмз = hзк + 2 xm = 0.0028 м.

1.3.  Расчет диффузора

Исходные данные:

  •  Рабочий диапазон частот 5000…10000 Гц;
  •  Номинальное давление Рн = 0.33 Па;
  •  Максимальная амплитуда смещения xm = 0.3410-3 м.;
  •  Частота механического резонанса fp = 3000Гц;
  •  Масса звуковой катушки mзк   0.0003 кг.   

1.3.1.  Выбираем материал для изготовления диффузора.

В качестве материала для изготовления диффузора используется композиция бумажной массы с плотностью д  0.9103  и значение модуля упругости такой композиции равно Е = 9109 .

1.3.2.  Вычисляем радиус диффузора таким образом, чтобы обеспечить заданное номинальное давление Рн при заданном уровне нелинейных искажений (который определяется максимальной амплитудой xm).

 rд = = 0.017 м.

1.3.5.  Определим массу диффузора:

= 0.00015 кг,

 = А= 0.000138 м.

 

1.4.  Расчет гибкой подвески  

 

Исходные данные:

  •  Частота резонанса подвижной системы fр = 3000 Гц;
  •  Масса звуковой катушки mзк   0.0003 кг;
  •  Масса диффузора  0.00015 кг;
  •  Радиус диффузора rд = 0.017 м.

1.4.1.  Определим массу подвижной системы:

 m = mд + mзк + mc = 0.00047 кг.,

 mc = 50 = 0.00002 кг.

1.4.2.  Определим общую гибкость подвески при помощи известного значения частоты механического резонанса:

 c =  = 610-6 .

1.4.3.  Распределяем гибкость между элементами подвески – воротом и центрирующей шайбой сш. для широкополосного громкоговорителя выполняется следующее условие:

  = ,

Считая, что гибкость  и сш соединены последовательно, получаем:

свом = c(1+) = 1,810-5 , 

сш =  = 910-6 .

1.4.4.  Для изготовления гофра будем использовать Целюлоза сулфатная беленая 30-70%

 

Профиль гофра – плоский

1.4.5.  Находим ширину гибкого ворота по формуле:

 bвом = ∆вор= 0.0016м.,

вом = 0.7= 9.6310-5 м.,

 k3 – коэффициент, который выбирается в зависимости от профиля гофра  k3 = 1,

 k4 – коэффициент, который определяется отношением   k4 = 1.

1.4.6.  Задаем число гофров равным 2 и вычисляем шаг гофра:

 nвом = 3,

 lвом = = 0.00052 м.

1.4.7.  Тогда можно выбрать тип центрирующей шайбы и материал для её изготовления, профиль шайбы и соотношение между высотой шайбы и её шагом:

материал для изготовления центрирующей шайбы – креп-шифон,

профиль центрирующей шайбы – трапециевидный,

отношение высоты шайбы к её шагу =0.

1.4.8.  Определим ширину центрирующей шайбы bш:

Общая формула имеет вид:

 bш =  ,

ш = 1= 0.000138 м.,

 k3 = 1,

k4 = 1,

q =  .

Производя все расчеты с данной методикой, получаем:

bш1 = 0.0012 м.,

bш2 = 0.0012 м.

Значение bш возьмем как среднее между bш1 и bш2, тогда

bш = 0,0012

1.4.9.  Определим число шагов шайбы (nш) и определим этот шаг (lш):

 nш = 3,

 lш =  м.

1.5. Расчет магнитной системы

Исходные данные:

  •  Номинальное звуковое давление Рн = 0.33 Па;
  •  Масса подвижной системы m = 0.00047 кг,  
  •  Длина провода звуковой катушки lп= 2.34 м;
  •  Ширина  магнитного зазора bз = 0.001 м;
  •  Высота магнитного зазора hмз = 0.0028 м;
  •  Диаметр керна dk = 0.01 м;
  •  Радиус диффузора rд = 0.017м;
  •  Номинальная электрическая мощность Р = 1.2 Вт;
  •  Электрическое сопротивление катушки z = 4 Ом.

Расчет магнитной системы производят в три этапа, но перед началом расчетов определим основной входной параметр системы – значение магнитной индукции в зазоре Вз.

Вз = = 0.67 Тл,

0 – плотность воздуха  0 = 1.29 .

Первый этап расчета магнитной системы:

     1. Выбираем тип магнитной системы.

2. В качестве материала, из которого изготавливается магнит, выберем прессованный магнит ЗБА. Зададимся  значениями индукции Вр и напряженности Нр для данного материала магнита:

Вр = 0.95 Тл;

Нр = 34103 .

     3. Найдем объем магнита:

 Vм =  = 1.310-6 м3.

= 410-7,

= 0.5.

 

     4. Определим магнитную проводимость зазора, пользуясь формулой:

 gз = = 9.93710-7 См.

     5. Определим высоту магнита:

 hм = = 0.0149 м.

     6. Определяем площадь сечения и диаметр магнитов:

 Sм = = 0.00009 м2,

Внутренний диаметр для кольцевого магнита:

 dм2 = dk + = 0.0157м.

 

     

     7.  Задаем размеры магнитопровода. Внутренний размер

Толщину верхнего и нижнего фланцев принимаем такой, что равняется высоте зазора hмз .

Второй этап расчета магнитной системы:

     

     1.  Рассчитаем проводимость всех зон рассеивания и определим полную проводимость магнитной системы:

 g = gз + g1 + g2 + g3 + g4 + g5.

  g1 = 2.5 9.3810-8 См;

Пм – периметр сечения магнита, который включает в себя длину внутреннего и

внешнего окружностей Пм = 2(0.5 dм1 + 0.5 dм2) 0.584 м;

 hм – высота магнита.  

 g2 = 0.26 dk= 1.0310-8 См;

 dk – диаметр керна.

 g3 =  dk= 3.5310-8 См;

 - внешний диаметр фланца,

 - ширина воздушного зазора.

 g4 = 2 dkln() = 5,9110-8 См;

- внутренний диаметр кернового магнита,

- высота магнита.

Тогда  g = 3.0010-7 См.

     2.  Пользуясь кривой размагничивания В(Н), строим отношение  как функцию Н (рис.6).

     3.  Исходя из магнитного закона Ома (Ф = gFм), рассчитаем фактическое значение отношения:

   = g= 4.9410-5 .

     4.  Пользуясь графиками  = f(H) и В(Н), находим фактическую рабочую точку на кривой размагничивания и соответствующее ей значение магнитной индукции:

Нрф = 24103 ,

Врф = 1.1 Тл.

     

     5.  Используя магнитный закон Ома, находим:

  Вф = Врф Sм= 0.438Тл.

Третий этап расчета магнитной системы:

Сравним фактическую магнитную индукцию в зазоре Вф с необходимым значением индукции Вз и фактическое значение удельной энергии 0.5 Нрф Врф с максимальным для данного материала 0.5 Нр Вр. Отклонение от этих значений  не больше, чем на 10, т.е. Вф = (0.8…1.1) Вз и Нрф Врф = (0.9…1) Нр Вр, является допустимым.

1.6. Расчет внешнего оформления

  Закрытый ящикпредставляет собой найболее распространеннвй вид внешнего оформления, что используеться в выносливых А.С. профессиональной апаратуры. Хорошее качество этого оформления заключаеться в практически полном включении влияния излучения обратной стороны диффузора на звуковое поле внешней стороны.

   В случае больших габаритов ящика к его стенкам крепяться деревьяные бруски, что отображают роль рёбер жосткости.

   Недостатки З.Я. : повышения резонансной частоты движуещееся системы громкоговорителя, связанная с влиянием упругости закрытого обьёма; резко выраженное влияние резонансных частот ящика, отображенный сильной связью движущееся системы с закрытым обьёмом ящика.

 

.

  

 

1.7. Расчет частотной характеристики громкоговорителя

  Расчет частотной характеристики позволяет также установить соответствие полученных параметров тем параметрам, которые требует техническое задание.

  Расчеты выполняются, пользуясь схемой электрического аналога громкоговорителя, которая применяется в области распространенного действия диффузора (рис.7), где

Е – эффективное значение ЭДС гармонического источника электрического сигнала,  

Ri – внутреннее сопротивление источника гармонического сигнала,

Rk – омическое сопротивление звуковой катушки,

Lk – индуктивность звуковой катушки,

I – эффективное значение тока в электрическом контуре,   

k  - коэффициент электромеханической трансформации  k = Bзlп,

F – эффективное значение силы, которая действует в механическом контуре,

V0 – эффективное значение скорости, которая действует в механическом контуре,

m – механическая масса подвижной системы громкоговорителя,

c – механическая гибкость подвижной системы громкоговорителя,

R – механическое трение подвижной системы громкоговорителя,

zмп – механическое сопротивление излучения  zмп = 0c0S(R + jX).

  На рис.8 изображена схема эквивалентных параметров механического контура громкоговорителя:

Re – эквивалентный активное сопротивление контура,

Xe – эквивалентное реактивное сопротивление контура.

 

 

 Формула для расчета звукового давления:

;

В данной формуле итоговое давление измеряется в Па, чтобы перевести эти значения в дБ используют следующее соотношение:   L(дБ) = 20lg() = 20lg.

В формуле для звукового давления её составляющие можно описать так:

= 1.29 ;

a – радиус диффузора;

E = ;

Bз – значение магнитной индукции в зазоре;

r = 1 м;

lп  2.34 м;

= 2f = 2f0, где = , можно выбрать в соответствии с рядом:

0.5, 0.8, 1, 1.2, 1.5, 2, 3.5, 7, 10, 15, 20, 30, 50.

f0 – линейная резонансная частота,

(kl) – дифракционная поправка, обусловленная коническими размерами экрана

(kll) = ;

ll = 0,006 м;

Ri = 0.5(Rk + Rвн), {оптимальное условие с точки зрения максимальной мощности}

Rk  = 4 Ом;

Rвн – активная составляющая вносимого электрического сопротивления  

Rвн = ;  

Lk = 0.710-4 Rk;

Xвн - реактивная составляющая вносимого электрического сопротивления  

Xвн = ;

Re = R + 2c0SR;

R = ;

Xe = ;

X = .

  Но, следует учитывать, что если ka2, то R = 1 и X = 0.  

  Зависимость звукового давления и некоторых других характеристик громкоговорителя от можно пронаблюдать в таблице 1. Частотные характеристики системы по давлению и по уровню громкости показаны на рис.9 и 10, соответственно.

Таблица 1

f, Гц

p, Па

L, дБ

Ka

0.5

1500

0.00057

29.105

0.476

0.8

2400

0.000819

32.244

0.762

1

3000

0.000733

31.276

0.953

1.2

3600

0.000638

30.081

1.143

1.5

4500

0.000705

30.951

1.429

2

6000

0.000772

31.737

1.905

3.5

10500

0.000728

31.217

3.334

7

21000

0.000774

31.775

6.668

10

30000

0.000765

31.64

9.526

15

45000

0.000748

31.485

14.288

20

60000

0.00074

31.361

19.051

30

90000

0.000734

31.288

28.577

50

150000

0.000686

30.701

47.628

 

Вывод:

  При выполнении данной курсовой работы был произведен расчет громкоговорителя, некоторые параметры которого задавались в условии и, который должен был обладать определенными свойствами, а именно необходимым частотным диапазоном.

   По условию указывалось, что динамический диапазон данного громкоговорителя должен находиться в пределах от 5000 Гц до 10 кГц. Резонансная частота, полученная по частотной характеристике, полностью совпадает с вычисленной резонансной частотой и составляет 3000 Гц. Полученная частотная характеристика полностью нас удовлетворяет в области высоких частот. Равенство резонансной частоты, рассчитанной и полученной из частотной характеристики, говорит о том, что общая масса и гибкость системы найдены наиболее оптимально в соответствии с заданием. Чтобы подкорректировать частотную характеристику в области высоких частот, необходимо уменьшить геометрические размеры диффузора, но это, в свою очередь, приведет к значительному ухудшению частотной характеристики в области высоких частот. Поэтому, в зависимости от того, какое условие поставлено к работе данного громкоговорителя, и следует производить данные корректировки.


ДГ12.090912 ПЗ

 

 5

Лист

Дата

ДГ12.090912 ПЗ

 

 4

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Pуд, Па

bз, мм

ДГ32.090932 ПЗ

 

 3

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

НТУУ КПИ ФЭЛ гр.ДГ-32

27

Листов

Лит.

         

Электродинамический громкоговоритель

Лунева С.А.

Утверд.

Н. Контр.

Реценз.

Лунева С.А.    

Провер.

Клочко А.Д.

Разраб.

ДГ32.090912 ПЗ

    2

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДГ12.090912 ПЗ

 

17

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДГ12.090912 ПЗ

 

 6

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДГ12.090912 ПЗ

 

 7

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДГ12.090912 ПЗ

 

 8

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДГ12.090912 ПЗ

 

 9

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДГ12.090912 ПЗ

 

10

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

ист

Изм.

zвх

Ri

Rk

Lk

m

c

R

zмп

k

F

V0

I

рис.7

F

Re

Xe

V0

рис.8

ДГ12.090912 ПЗ

 

12

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМ14.090912 ПЗ  

14

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДГ12.090912 ПЗ

 

13

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

, kf

xm0, мм

0.4

0.3

0.2

0.1

 0.02       0.1       0.5         2     6   10

bз, мм

xm, мм

0       0.2     0.4     0.6     0.8      1

2104

  104

рис.1

рис.2

рис.3

t, C

2104

j,  

2107

4107

6107

   0           20         40          60         80

рис.4

2

k2

2

4

6

8

10

0

100

90

110

120

130

140

150

рис.5

B, Тл

Н,

0

10

20

40

80

120

160

0.1

0.2

0.3

0.4

ВН,

,   

0.210-5

0.410-5

0.610-5

0.810-5

рис.6

.

.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68763. Логика: Вопросы к экзамену 311.5 KB
  Согласившись с одними утверждениями, мы вынуждены принять и те, что из них следуют, независимо от того, нравятся они нам или нет, способствуют нашим целям или, напротив, препятствуют им. Допустив одно, мы тем самым автоматически лишаем себя возможности утверждать другое, несовместимое с уже допущенным.
68764. Медицинская психология 413.5 KB
  Подчеркивалось что врач должен уметь спокойно выслушивать больного быть на протяжении всего приема внимательным сердечным дружелюбным способствовать быстрейшему излечению больного и предупреждению рецидивов болезни. Вторые занимались устранением причин болезни.
68765. Предмет, содержание и задачи экономического анализа. Место и роль анализа в системе управления 523 KB
  Несмотря на то что страна перешла к рыночным отношениям до настоящего времени не выработан механизм оценки таких важных объектов анализа как оценка конкурентоспособности продукции условия цен на рынке изучение маркетинговой стратегии предприятия и т.
68766. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ИСПЫТАНИЙ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ 1.34 MB
  Технологии аэрокосмического приборостроения а также могут быть использованы студентами инженерных специальностей для совершенствования технологической подготовки в части проведения испытаний аппаратуры различного назначения....
68767. Базовые экономические понятия. Предмет и методология микроэкономического анализа 468 KB
  В общем виде рынок и рыночная экономика это система экономических отношений между людьми охватывающая прежде всего процесс производства товаров и услуг по рыночным законам а также процессы распределения обмена и потребления по законам рынка основными из которых являются закон стоимости закон...
68768. Материалы ж/б мостов, водоотвод, гидроизоляция 394.5 KB
  Бетон конструкции мостов подбирают в зависимости от требуемых условий прочности морозостойкости и в некоторых случаях водостойкости и водонепроницаемости. В зависимости от вида конструкции их армирования и условий работы класс бетона принимают в соответствии с требованиями приведенными в СНиП.
68769. Наладка. Общие сведения о пусконаладочных работах 505.5 KB
  В практике наладочных работ приходится измерять сопротивления от десятков микроом переходные сопротивления контактов до тысяч мегом – сопротивление изоляции. При этом взаимная индуктивность равна Наладка защитно-коммутационной аппаратуры Измерение сопротивления изоляции ЭО и...
68770. Всемирная история новейшего времени. 1945 – начало XXI века 1.54 MB
  Победа в Великой Отечественной войне вызвала подъем в общественно-политической жизни страны. Воплотившись в массовом энтузиазме, трудовом героизме рабочих, колхозников, интеллигенции, он стал одним из главных факторов, обеспечивших успешное восстановление народного хозяйства.