111936 312892777 .pdf

UNIVERZITA PALACKÉHO
V OLOMOUCI
PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA

KATEDRA OPTIKY

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
Návrh a realizace dvoupásmové reproduktorové
soustavy

Autor:
Studijní program:
Studijní obor:
Forma studia:
Vedoucí práce:

Martin Deutschl
B1701 Fyzika
Optika a optoelektronika
prezenční
RNDr. Pavel Krchňák, Ph.D.

1

Prohlášení:
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci „Návrh a realizace dvoupásmové
reproduktorové soustavy“ vypracoval samostatně , s využitím zdrojů, uvedených
v seznamu použité literatury a souhlasím s jejím použitím pro potřeby katedry,
včetně libovolné formy prezentace.

Poděkování:
Tímto bych rád poděkoval vedoucímu bakalářské práce RNDr. Pavlu Krchňákovi,
Ph.D. za veškerou pomoc, poskytnuté rady a cenné připomínky.

2

Bibliografická identifikace

Jméno a příjmení autora:

Martin Deutschl

Název práce:

Návrh a realizace dvoupásmové
reproduktorové soustavy

Typ práce:

Bakalářská

Pracoviště:

Katedra experimentální fyziky

Vedoucí práce:

RNDr. Pavel Krchňák, Ph.D.

Rok obhajoby práce:

2010

Abstrakt:
Cílem této práce je návrh, simulace a realizace dvoupásmové reproduktorové
soustavy a měření jejich charakteristik, impedančních a frekvenčních. Dále návrh
a realizace frekvenční výhybky. Při simulaci jsou použity počítačové programy,
veškeré simulace jsou ověřeny výpočty.

Klíčová slova:

Reproduktor, frekvenční výhybka, reprosoustava

Počet stran:

61

Počet příloh:

7

Jazyk:

český

3

Bibliographical identification
Autor’s first name and surname:

Martin Deutschl

Title:

Design and realizaton of two-way
speaker box

Type of thesis:

Bachelor’s

Department:
physics

Department of experimental

Supervisor:

RNDr. Pavel Krchňák, Ph.D.

Year of presentation:

2010

Abstract
The aim of this work is the designing, simulation and realisation of two-way
speaker box and the measurement of frequency and impedance responses. And the
realisation of the frequency filter. There will be used computer programs for
simulations. Every simulation will be verified by calculation.

Keywords:

speaker, frequency filter, speaker
box

Number of pages:

61

Number of appendices:

7

Language:

czech

4

Obsah
Seznam zkratek ........................................................................................................................... 7
Úvod ........................................................................................................................................... 9
1. Základní veličiny akustického pole .................................................................................. 10
1.1. Šíření zvuku, základní veličiny ................................................................................... 10
1.2. Vlnová rovnice ......................................................................................................... 11
2. Reproduktor .......................................................................................................................... 13
2.1. Funkce reproduktoru...................................................................................................... 13
2.2. Rozdělení reproduktorů ................................................................................................. 13
2.3. Parametry a charakteristiky reproduktorů ..................................................................... 15
2.3.1. Amplitudová frekvenční charakteristika ................................................................ 15
2.3.2. Impedanční charakteristika ..................................................................................... 15
2.3.3. Thiele-Small parametry .......................................................................................... 16
2.3.3.1. Rezonanční frekvence...................................................................................... 17
2.3.3.2. Činitelé jakosti ................................................................................................. 17
2.3.3.3. Ekvivalentní objem .......................................................................................... 19
2.3.4. Elektromechanické parametry ............................................................................... 19
2.3.4.1. Hmotnost a poddajnost kmitacího systému ..................................................... 19
2.3.4.2. Účinnost a citlivost .......................................................................................... 19
2.3.4.3. Příkon............................................................................................................... 20
2.3.4.4. Ostatní parametry ............................................................................................ 21
2.4. Náhradní schéma elektrodynamického reproduktoru ................................................... 21
3. Ozvučnice ......................................................................................................................... 24
3.1. Uzavřená ozvučnice ....................................................................................................... 24
3.2. Bassreflexová ozvučnice ............................................................................................... 26
3.3. Ostatní typy ozvučnic ............................................................................................... 29
4. Frekvenční výhybky ............................................................................................................. 30
4.2. Pasivní filtry prvního řádu ........................................................................................ 30
4.2.1. Dolní propust .......................................................................................................... 30
4.2.2. Horní propust .......................................................................................................... 32
4.3. Pasivní filtry druhého řádu ....................................................................................... 34
4.3.2. Dolní propust .......................................................................................................... 34
4.3.2. Horní propust .......................................................................................................... 36
4.3.3. Kompenzace impedance ......................................................................................... 37
4.3.4. Vyrovnání citlivostí měničů ................................................................................... 38
5. Měření impedanční charakteristiky a TS parametrů......................................................... 39
5.1. Metoda přidání hmotnosti .............................................................................................. 41
5.2. Měření amplitudové frekvenční charakteristiky ............................................................ 42
6. Naměřené hodnoty a výpočty ........................................................................................... 43
6.1. Reproduktor 5MP60 ...................................................................................................... 43
6.1.1. Náhradní schéma reproduktoru 5MP60 .................................................................. 45
6.2. Reproduktor T2030........................................................................................................ 46
6.2.1. Náhradní schéma reproduktoru T2030 ................................................................... 47
6.2. Ozvučnice ...................................................................................................................... 49
6.2.1. Charakteristiky reproduktoru 5MP60 v bassreflexové ozvučnici .......................... 49
6.2.2. Náhradní schéma reproduktoru 5MP60 v bassreflexové ozvučnici ....................... 53
6.3. Výhybka......................................................................................................................... 55
6.3.1. Větev pro basový reproduktor ................................................................................ 55
6.3.2. Větev pro výškový reproduktor .............................................................................. 56
5

6.3.3. Simulované charakteristiky celého filtru ................................................................ 57
6.3.4. Odměřené charakteristiky reprobedny.................................................................... 59
6.3.5. Elektrické schéma reprosoustavy ........................................................................... 61
7. Závěr ..................................................................................................................................... 62
8. Použitá literatura a internetové odkazy ................................................................................ 63
9. Seznam obrázků .................................................................................................................... 64
10. Přílohy ................................................................................................................................ 66

6

Seznam zkratek
au
B
C

zisk
magnetická indukce
kapacita

[dB]
[T]
[F]

c0

rychlost zvuku

[m/s]

cms

poddajnost kmitajícího systému reproduktoru [m/N]

dBR

průměr bassreflexového nátrubku

[m]

f0

mezní frekvence výhybky

[Hz]

fc

rezonanční frekvence ozvučnice

[Hz]

fs
I
k
l
L

rezonanční frekvence reproduktoru
elektrický proud
tuhost
délka
indukčnost

[Hz]
[A]
[N/m]
[l]
[H]

lBR

délka bassreflexového rezonátoru

[m]

Le

indukčnost kmitací cívky

[H]

Ls
m

nominální citlivost reproduktoru
hmotnost

[dB/VA/m]
[kg]

mmd

hmotnost kmitajícího systému

[kg]

mms
p
P

hmotnost kmitajícího systému včetně
spolukmitajího sloupce vzduchu
akustický tlak
příkon

[kg]
[Pa]
[W]

p0

statický tlak

[Pa]

Qes

elektrický činitel jakosti reproduktoru

[-]

Qms

mechanický činitel jakosti reproduktoru

[-]

Qtc

činitel jakosti reproduktoru v ozvučnici

[-]

Qts
R

celkový činitel jakosti reproduktoru
elektrický odpor

[-]
[Ω]

rd

poloměr membrány

[m]

Re

[Ω]

Rme

činný odpor kmitací cívky
elektromagnetický činitel tlumení
reproduktoru

[kg/s]

rms

odpor mechanického systému reproduktoru

[Ns/m]

SBR

průřez bassreflexového rezonátoru

[m2]

Sd
SPL
t

aktivní plocha membrány
hladina akustického tlaku
čas

[m2]
[dB]
[s]

7

U
v

elektrické napětí
akustická rychlost

[V]
[m/s]

Vas

ekvivalentní objem k veličině cms

[l]

Vb

objem ozvučnice

[l]

Xmax
Z

lineární výchylka membrány reproduktoru
impedance

[m]
[Ω]

Zmax
η
λ

impedance při rezonanci reproduktoru
účinnost
vlnová délka

[Ω]
[%]
[m]

ρ

hustota

[kg/m3]

ρ0
ω

statická hustota
úhlová frekvence

[kg/m3]
[Hz]

8

Úvod
Cílem této práce je realizace dvoupásmové reproduktorové soustavy včetně
návrhu optimální ozvučnice pro daný basový reproduktor s využitím simulačního
programu WinISD, dále návrh, simulace a realizace frekvenční výhybky pro
danou kombinaci reproduktorů použitím simulačního programu LSPCad.
Realizace zahrnuje i konstrukci ozvučnice. Veškeré simulace budou ověřeny
teoretickým výpočtem.
Práce bude obsahovat tři části. První, teoretická část, bude věnována
základním fyzikálním vlastnostem a veličinám akustického pole,
funkci

elektrodynamických

přímovyzařujích

reproduktorů,

rozdělení a
dále

jejich

elektromechanické analogii, což zahrnuje náhradní schéma reproduktoru. Poté
jsou v této práci zmíněny důležité parametry měničů, včetně charakteristik a jejich
popisu. Dále se věnuje ozvučnicím a jejímu vlivu na chování reproduktoru a
teorie frekvenčních filtrů a jejich návrh.
Druhá část práce zahrnuje naměřené a simulované charakteristiky, jejichž
důležité

body jsou ověřeny výpočty. Elektrotechnická náhradní schémata a

praktický výpočet frekvenční výhybky a další pomocné výpočty.
Poslední

část práce obsahuje katalogové listy použitých reproduktorů,

rozměrový výkres ozvučnice a plošný spoj mikrofonního předzesilovače.

9