Jak obliczyć ilość mocy do poszczególnych głośników.

[123mike73]

Dzień dobry, dobry wieczór, zależy kto i kiedy przeczyta mój wpis. Drodzy forumowicze jak obliczyć ile mocy będzie dostarczane w kolumnie trójdrożnej do głośników średniotonowych i wysokotonowych bo wiadomo że bas przyjmuje najwięcej. Czy jest na to jakiś wzór? Rozumiem że będzie to ze względu na punkt podziału. Gdzieś kiedyś czytałem o tym, ale chciałbym praktycznie sobie samemu policzyć. Z góry dziękuję za podpowiedź. Pozdrawiam.

[Granat]

Cześć,
Temat jest trudny, nawet dla zaawansowanych. Bardzo z grubsza opisałem to kiedyś pod tym linkiem: https://www.elektroda.pl/rtvforum/vi...95700#14395700
Pytasz z ciekawości czy w jakimś konkretnym zastosowaniu?
Zwykle moc jest jednym z najmniej ważnych parametrów jeśli chodzi o głośniki domowe.

[Pogromca mitow]

Dość prosta sprawa. W bardziej zaawansowanych programach do symulacji takich jak np. Vituixcad możesz prześledzić jaka moc dostarczysz do konkretnego głośnika przy założonym filtrze.

[123mike73]

CZeść. Po pierwsze bardzo dziękuję za tak szybki odzew! Tak to prawda że moc to jest jeden z ostatnich parametrów, ale pytanie jest proste - czy można użyć 20 25 watowego średniotonowca z 70 watowym wooferem przy punkcie zwrotnicy 2 rzędu 350hz? Takie równanie mam do rozwiązania.

[Granat]

Dość prosta sprawa. W bardziej zaawansowanych programach do symulacji takich jak np. Vituixcad możesz prześledzić jaka moc dostarczysz do konkretnego głośnika przy założonym filtrze.

Tak, pod warunkiem, że sobie sam scałkujesz wykres i obliczysz sumę mocy dla całego spektrum. Wspominałem Ci o tym kiedyś. Może w nowszych wersjach Vituixa jest to już zrobione.

[dj_flash]

Dość prosta sprawa. W bardziej zaawansowanych programach do symulacji takich jak np. Vituixcad możesz prześledzić jaka moc dostarczysz do konkretnego głośnika przy założonym filtrze.

No właśnie... świetna okazja, żeby dopytać - jak interpretować te wykresy?

[Granat]

CZeść. Po pierwsze bardzo dziękuję za tak szybki odzew! Tak to prawda że moc to jest jeden z ostatnich parametrów, ale pytanie jest proste - czy można użyć 20 25 watowego średniotonowca z 70 watowym wooferem przy punkcie zwrotnicy 2 rzędu 350hz? Takie równanie mam do rozwiązania.

Pytanie proste, gorzej z odpowiedzią. W typowych zastosowaniach, dla typowych głośników najprawdopodobniej można.

[Pogromca mitow]

CZeść. Po pierwsze bardzo dziękuję za tak szybki odzew! Tak to prawda że moc to jest jeden z ostatnich parametrów, ale pytanie jest proste - czy można użyć 20 25 watowego średniotonowca z 70 watowym wooferem przy punkcie zwrotnicy 2 rzędu 350hz? Takie równanie mam do rozwiązania.

Pytanie jest proste, ale odpowiedź nie jest prosta, ponieważ trzeba wziąć pod uwagę kilka aspektów. Przede wszystkim trzeba sprawdzić w jakiej normie producent podaje moc głośnika. Druga rzecz, to zwykle głośniki niskotonowe szybciej kończą się mechanicznie niż mocowo, co również należałoby przeanalizować w symulacji. Dodając do tego wpływ filtrów oraz częstotliwość podziału, można z dużą dokładnościa sprawdzić, czy dany układ głośników będzie ze sobą współpracować, bez wzajemnego limitowania.

W skrócie, odpwiedz nie jest jednoznaczna i zależy ona od wielu czynników.

[Granat]

jak interpretować te wykresy?

Ten kalkulator nadaje się do projektowania mikrofalówki, a nie kolumn. (chodzi mi o sam moduł power dissipation., a nie cały symulator)
Jest to jakaś podpowiedź, ale nie oddaje tego co dzieje się w rzeczywistości, bo ponieważ:

Symulator podaje pełną (zadaną) moc wzmacniacza w badanej częstotliwości, oblicza moce, napięcia, pewnie nawet bierze pod uwagę reaktancje i przesunięcie faz. Następnie przemiata przez kolejne częstotliwości i na końcu łączy kropki w wykres. Przełącznik rodzaju sygnału (flat. noise, itd.) załącza tylko odpowiedni filtr dolnoprzepustowy na sygnał pobudzający symulację.

Problem w tym, że taka sytuacja nie występuje w praktyce. Te przykładowe 100W wzmacniacza jest oddawane jednocześnie we wszystkich częstotliwościach, a nie każdej po kolei. Muzyka jest sygnałem szerokopasmowym. Nie wiem czy rozumiecie o co chodzi. We wszystkich częstotliwościach naraz, to znaczy że nie może być 100W przy np. 100Hz, bo dla pozostałych pasm nie będzie nic.
Bardziej by mnie interesowało ile mocy łącznie wydzieli się w danym elemencie niż to przy jakiej częstotliwości najwięcej.

[Pogromca mitow]

Narzędzie jest bardzo dobre, tylko jeszcze trzeba się nauczyć z niego korzystać :)

[Granat]

Nie znajdziesz w nim opcji o której piszę.

[Pogromca mitow]

A wystarczyło by przeczytać instrukcję...

[Granat]

No to może mnie oświecisz skoro przeczytałeś? Może mam starszą wersję?

[Racjonalny]

Temat jest złożony. Jak ktoś się nie zna na teorii obwodów, czy generalnie na zagadnieniach związanych z teorią sygnałów i nie ma wiedzy z zakresu elektroniki, to może się nieźle naciąć patrząc na tego typu symulacje. Nie wiem, czy VituixCad ma kompleksowe (dodatkowe) narzędzie do tego typu analiz, ale kalkulatorem z powyższych zrzutów ekranu/tej wersji takiej analizy się nie zrobi.
Żeby to dobrze wytłumaczyć to zacząć trzeba by od tego, że producenci głośników nie podają ich mocy, niezależnie od tego, na jaką normę się powołują. Zaskoczenie? No właśnie ;-). Podają wartość, która jest wyrażona w jednostkach mocy (W), owszem, ale tak naprawdę to jest to przeliczenie z ilości energii/ciepła (J), jaką układ drgający głośnika jest w stanie przenieść w stanie ustalonym pracy (przez określony czas) przy danym sygnale i założonych warunkach granicznych, np:
- brak uszkodzenia mechanicznego,
- brak uszkodzenia elektrycznego (spalenie cewki),
- określony poziom zniekształceń itd.
To wydzielona w cewce energia ją niszczy (termicznie, mechaniczna wytrzymałość to inna sprawa), a nie moc. Teoria jest dość skomplikowana (tutaj podałem tylko zarys wstępu do podstaw), ale w praktyce można to opisać dość prosto. Załóżmy, że mamy wzmacniacz o mocy tych 100W, czyli taki, który jest w stanie dostarczyć napięcie sinusoidalne odpowiadające tej mocy na danym obciążeniu (np. 4R, wtedy to napięcie to 20V RMS). Ale sygnał muzyczny to nie sygnał sinusoidalny. W sygnale muzycznym mamy pewne tło, o pewnej średniej wartości, a na tym tle są różne „piki” – uderzenia perkusji, basy itd., które zwykle są najgłośniejsze. "Podkręcając" wzmacniacz dochodzimy do momentu w którym zaczyna on „pierdzieć” i robi to właśnie na tych pikach, bo one są najbliżej górnych granic danego sygnału – to jest kompresja, obcinanie wierzchołków tego sygnału i generowanie dodatkowych zniekształceń, harmonicznych. Oznacza to, że wzmacniacz osiągnął poziom napięcia wyjściowego odpowiadający tej maksymalnej mocy – 20V (100W), a nie, że taką moc oddaje. W tym samym czasie pozostałe elementy (dźwięki) sygnału, owe tło, wcale nie jest tak mocno kompresowane, gra w miarę normalnie. Oczywiście, bo typowy sygnał muzyczny charakteryzuje się właśnie pewnym rozkładem w funkcji częstotliwości i tym samym pewnym stosunkiem wartości maksymalnej tego sygnału do jego wartości średniej. To nazywa się „crest factor”. I dla typowego sygnału muzycznego jest to wartość zwykle pomiędzy 6dB a 10dB, czyli pomiędzy 4 a 10 razy mniej, niż owe 100W (to też rozwiązanie zagadki, dlaczego wzmacniacz o mocy np. 2*100W ma na tabliczce znamionowej napisany pobór mocy np. 120W). „Pik” gra na poziomie 100W, ale cała moc dostarczana z wyjścia wzmacniacza to np. 25W. I te 25W całego sygnału muzycznego dzielone jest dalej na poszczególne głośniki. W jakich proporcjach? To już zależy od konkretnego sygnału i od charakterystyki zastosowanej filtracji.
Tak więc, aby określić moc jaka wydzieli się na cewce głośnika przy sygnale muzycznym, potrzebna jest kompleksowa analiza spektralna sygnału muzycznego w danym zakresie częstotliwości (widmowa gęstość energii/mocy), którą głośnik ma przetwarzać, a nie wartość napięcia wejściowego sygnału „przemieciona” przez ten zakres częstotliwości. Głośnik nie gra w danym momencie tylko jednej częstotliwości z danego zakresu. Gra ich wiele – tyle, ile jest w danym sygnale muzycznym i z takim spektrum (rozkładem amplitud/mocy tych częstotliwości względem siebie) jaki jest w danym sygnale muzycznym.
Można to zobrazować jeszcze inaczej, na przykładzie głośnika wysokotonowego podpiętego pod typowy wzmacniacz tranzystorowy. Gdy gramy poniżej granicy przesterowania wzmacniacza, to można dostarczyć nawet bardzo wysokie poziomy sygnału (muzycznego) i głośnik przeżyje. Ale gdy dojdziemy do granicy przesterowania, to okazuje się, że głośnik szybko klęka. Dlaczego? Przecież poziom sygnału nie wzrósł znacząco. Poziom sygnału nie, ale za to wzmacniacz (tranzystorowy) w przesterowaniu generuje dużo harmonicznych, czyli po prostu dodatkowych częstotliwości w zakresie wysokotonowym (także tym ultrasonicznym), które powodują, że widmowa gęstość/całkowity poziom mocy w tym zakresie się zwiększa, a więc zwiększa się też ilość energii, jaką otrzymuje głośnik wysokotonowy. I dlatego się pali, a nie z powodu wysokiego poziomu sygnału (podstawowego).

[Granat]

Faktycznie miałem starą wersję. W tym roku dodali to o czym pisałem:

2.0.113.0 (2024-04-13)

Power dissipation

• Added Ptot in watts i.e. total power dissipation to tooltip of driver, resistor, coil and capacitor traces. Calculated as power average within simulated frequency range of 5-40k; sum of power values divided by number of simulated frequency points. Power should be selected in View group to show Ptot.

Super, że wzięli to pod uwagę.

[Pogromca mitow]

No to może mnie oświecisz skoro przeczytałeś? Może mam starszą wersję?

Oczywistym jest, że symulacja nie będzie analizować widma sygnału muzycznego, bo każda muzyka miałaby nieco inne widmo dźwięku, dlatego dla analizy obciążenia mocą każdego elementu toru zespołu głośnikowego mogą być używane trzy sygnały. Flat, czyli sinus, szum różowy oraz m noise, którego widmo jest pewnym uśrednionym widmem sygnału muzycznego.

Jest to w zupełności wystarczające aby ocenić wartość np mocy rezystorów w torze zwrotnicy. Do analizy samych głośników trzeba jeszcze skorzystać z symulacji obudowy i filtrów w oparciu o dane i parametry dostarczane przez producenta. Całość oferuje bardzo szeroki zakres symulacji, dalece wykraczający poza zgadywanie, czy dany sredniotonowy głośnik wytrzyma w zestawie 3 way z konkretnym głośnikiem niskotonowym. Dlatego na samym początku napisałem, że odpowiedź na tak proste pytanie jest skomplikowana, bo dotyczy ona bardzo wielu zmiennych, które trzeba poddać analizie.

Jeśli ktoś miałby ochotę otrzymać jeszcze dokładniejsze przewidywania, to musiałby przeprowadzić własne testy wytrzymałościowe, które myślę że wykraczają dalece poza informacje, jakie autor tematu chciał otrzymać.

Nie dziemy panowie włosa na czworo, bo łysemu czupryny od tego nie przybędzie.

[Granat]

To jest oczywiste. W ogóle nie to miałem na myśli. Chodziło mi o sposób, a właściwie jego brak, obliczania widmowej gęstości mocy. Widzę, że niedawno dodano tę opcję do symulatora. Sprawdzę jak działa.

[123mike73]

Proszę państwa. To może znajdźmy jakieś proste założenia żeby się wygodnie liczyło bo na razie nie ma wzoru. 1 wat ze wzmacniacza. Zwrotnica 300hz i drugi rząd. Bas przyjmuje jeden wat. ile miliwatów przyjmuje midrange. Jaki wzór będzie odpowiadał temu obcięciu we zwrotnicy wyrażonemu w hertzach do mocy przyjętej przez midrange.

[Pogromca mitow]

Proszę państwa. To może znajdźmy jakieś proste założenia żeby się wygodnie liczyło bo na razie nie ma wzoru. 1 wat ze wzmacniacza. Zwrotnica 300hz i drugi rząd. Bas przyjmuje jeden wat. ile miliwatów przyjmuje midrange. Jaki wzór będzie odpowiadał temu obcięciu we zwrotnicy wyrażonemu w hertzach do mocy przyjętej przez midrange.

Słaby ze mnie matematyk, wiec Ci tu wzoru nie wyciągnę. Natomiast jeśli przyjmiemy sytuację wyidealizowaną, czyli głośnik o równej impedancji 8 omow, oraz sinus jako źródło sygnału, to symulacja rozwiewa wątpliwości, oraz pokazuje, jak taki matematyczny przypadek jest daleki od rzeczywistości.

[Micwoj]

Nie mam wiedzy jak chłopaki powyżej, ale takie sobie dywagacje porobię.

Woofer ma te 70W, ale to pewnie moc przy której się spali. Mechanicznie skończy się pewnie wcześniej.

Te 350Hz podziału to dość nisko, pytanie czy ten średniak da sobie radę z takimi wychyleniami nie psując całości odbioru.
Jednak w zwrotnicy zrobisz korekcję baffle step, czyli pewnie przyciszysz średniaka o 3-6db. Średniak pewnie też ma nieco wyższą efektywność niż woofer, więc oprócz przyciszenia ze względu na B-S, odejmiesz mu jeszcze mocy ze względu na jego głośność.

Brzmi jakby miało to szanse działać.