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

8 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

38112. Розвиток і виховання особистості 110.5 KB
  Заняття № 1: “Розвиток і виховання особистості â€.Ознайомити курсантів студентів із загальною характеристикою особистості. Розглянути структуру особистості. 1 2 3 ВСТУПНА ЧАСТИНА ОСНОВНА ЧАСТИНА Загальна характеристика особистості та її структура Основні зарубіжні концепції теорії навчання і виховання.
38113. Психологічні особливості адаптації 126 KB
  “Загальні психологопедагогічні особливості процесу адаптаціїâ€. Заняття № 1: “Психологічні особливості адаптації â€. Розглянути питання щодо адаптації у військовому колективі. 1 2 ВСТУПНА ЧАСТИНА ОСНОВНА ЧАСТИНА Сутність адаптації.
38114. Составление программ разветвляющейся структуры 91.5 KB
  Решить задание в соответствии с вариантом задания. Исходные данные должны вводиться в режиме диалога и сопровождаться комментариями. Результат вывести на экран, сопровождая вывод комментариями. Изучить правила записи операторов ветвления. Разработать алгоритм решения задачи. Составить программу решения задачи.
38116. ЭКОНОМИКО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАЗАТЕЛЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ 569 KB
  Целью экономической статистики является получение информации для принятия решений органами государственного управления в вопросах регулирования экономики и разработки экономической политики.
38117. ФИРМА В РАЗЛИЧНЫХ МОДЕЛЯХ РЫНКА 231.5 KB
  Издержки производства, их структура. Экономическая и бухгалтерская прибыль. Закон убывающей предельной производительности (отдачи). Совершенноконкурентный производитель: определение цены и объема производства. Фирма в условиях несовершенной конкуренции: определение цены и объема производства.
38118. Соціально-психологічні риси військового колективу 80 KB
  Військовий підрозділ як мала соціальна група Заняття №4: Соціальнопсихологічні риси військового колективу Час: 2 год. Мета заняття: З’ясувати загальна характеристика військового навчання. Усвідомити закономірності та принципи військового навчання.
38119. Основні методи вивчення психології військового колективу 210.5 KB
  Письмове або усне опитування курсантів: 1 варіант: соціометрія як метод дослідження; особливості методу спостереження; 2 варіант: експеримент як метод дослідження; особливості психологічної бесіди анкетного методу та опитування. Обговорення третього питання: Спостереження та експеримент. Практичне проведення спостереження. Вирішують проблемне питання Відповідають на запитання Приймають участь у дискусії Проводять спостереження 6.
38120. Характеристика військового колективу 138.5 KB
  Характеристика військового колективу Час: 2 години Мета заняття: 1. РОЗПОДІЛ ЧАСУ №зп СТРУКТУРА ЗАНЯТТЯ Час хв. Перевірка готовності курсантів до заняття. Підведення підсумків і закінчення практичного заняття оголошення завдання на самостійну підготовку.