højtaler

Det er en vrøvleopgave, for du kan ikke beregne det ud fra de givne oplysninger.

Når man sender AC-strøm gennem en højttaler, opfører den sig som en linearmotor. Den svinger frem og tilbage. En motor i bevægelse ( rotation eller lineær hastighed ) genererer en modelektromotorisk kraft, der er en forudsætning for, at motoren kan omdanne elektrisk effekt til mekanisk effekt. Denne effekt afhænger af motorkonstanten ( ikke opgivet i opgaven ) med enheden

V/(m/s) = V*s/m for linearmotorer.
V/(rad/s) = V*s for roterende motorer.

Strømmen gennem de 4Ω skaber lydløs varme.
Strømmen imod den modelektromotorisk kraft skaber kraft (eller moment), der sætter motoren i bevægelse, der igen skaber mekanisk effekt (lyd).

Eftersom formålet med en højttaler er at skabe lyd, må man formode at den ukendte mekaniske effekt overgår varmeeffekten, afsat i modstanden.

Det skal nævnes, at størrelser som membranens masse, luftmodstandskoefficient også skal være kendte, nu da højttaleren udfører en udpræget dynamisk opgave.

Men, altså, både modstanden og den modelektromotoriske kraft begrænser strømmen, og du kender ikke den sidstnævnte.

ja jeg synes nu heller ikke at opgaven giver særlig meget mening :/

#1

Desværre må jeg korrigere svaret. Hvis man måler modstanden i en 4Ω-højttaler med et ohmmeter, får man en meget lavere værdi. Den impedans, man opgiver for højttaleren, er den impedans, man kan måle ved højttalerens arbejdsfrekvens. Højttaleren designes, så den impedans, som den tilkoblede forstærker "ser" er tæt ved at være rent ohmsk indenfor det frekvensområde, højttaleren er designet til. Værdien vil dog være afhængig af, hvordan højttaleren er monteret, da de akustiske ved kabinettet påvirker impedansen.
Man tilstræber, at så stor en del af den tilførte energi som muligt bliver omsat til lydenergi, hvorfor man søger at holde de reaktive komponenter så små som muligt.

Man har også piezoellektriske højttalere, hvor impedansen er nogle få Ohm, men DC-målingen giver en meget stor modstand.

#3

Jeg forstår ikke hvad det er du korrigerer.  Opgaven siger jo, at højttaleren har en modstand = 4Ω, og så har den det, målt med et ohmmeter ved dc-strøm. Jeg har - i min ungdom - mange gange målt efter, at denne måde at specificere en højttalers ohm-værdi, er den anvendte.  Har du? og har du husket at frakoble det eventuelle delefilter og at måle på een højttalerenhed ad gangen ?

En motor kan ikke omdanne elektrisk effekt til aksel-effekt, medmindre den under rotation/bevægelse skaber en mod-emk. Det er strømmens passage imod denne mod-emk, der kræver en tilført
effekt = U*I*cos φ, der omsættes til aksel-effekt. Hertil adderes en effekt = R*I², men det er nytteløst varmetab. Selv en asynkronmotor genererer en mod-emk, hvis man forsyner den med en smule reaktiv effekt. Den kan anvendes som generator ved oversynkrone omløbstal. En højttaler er en linearmotor.

Et opladeligt batteri har en indre emk og en indre modstand, og hvis du lader på batteriet, skal ladespændingen forøges, for at holde en konstant ladestrøm, fordi den indre emk øges under opladningen.
At beregne batteriets indre modstand ved ohms lov:

R_i = U / I   ( fx 12V / 3A ) = 4Ω

. . . er noget vrøvl, for den indre modstand stiger da ikke under opladning. På den måde ville den indre modstand jo blive uendelig, når batteriet er færdigopladet ( ladestrøm = 0 ), og det er den vel ikke, for så er det opladede batteri så godt som uanvendeligt.

Jeg kender ikke en piezo-elektrisk højttaler, men en elektrostatisk højttaler. Her er dc-modstanden uendelig, for membranen udgør en variabel kapacitet, grundet at membranen svinger mekanisk, noget ude af takt med den tilførte ac-spænding. Denne mekaniske fasedrejning gør, at den optagne strøm ikke er fasedrejet 90º i forhold til den påtrykte spænding, og man får så en cos φ ≠ 0, der åbner mulighed for at afsætte lidt aktiv elektrisk effekt til membranen, der omsættes til mekanisk effekt. 

Oplader du en kondensator med et antal coulomb, frakobler tilledninger og mindsker kapaciteten ( trykker på membranen ), så stiger spændingen over kondensatoren. Du kan kalde denne spændingsstigning for en den elektrostatiske højttalers mod-emk.

Det er ikke lykkedes at finde en højttaler, jeg kan måle på, men jeg har set på nogle data på nettet. Der er ikke mange, men jeg fandt bl.a. en 8Ω-højttaler, der havde en jævnstrømsmodstand på 5,6Ω. Jeg blev overrasket over, at værdien er så høj. Jeg havde ventet en noget lavere værdi. Det betyder, at mindst ca 65% af den tilførte energi bliver til varme i spolen. Jeg fandt ingen data på frekvensafhængigheden. Det hænger nok sammen med, at kabinettet har stor betydning for impedansen. Derimod fandt jeg et ekvivalensdiagram for højttalere. Det er på siden:

http://www.diyaudio.dk/2012/12/akustisk-impedans-mm.html

Det overraskede mig her at symbolet for en gyrator, men da jeg så nærmere efter kunne jeg se sammenhængen.

Sådanne datablade tager jeg men et gran salt ( 5,6Ω vs. 8Ω ). Det er ikke altid, at sekretæren der skal udfærdige dem, har et ohmmeter ved hånden.

Du kan købe en vaskemaskine med

Kulfri motor:  Ja

men spørger du sælgeren hvilken betydning det har, aner han det ikke. Jeg fornemmer, at denne kulfrihed skal give indtryk af at motoren ikke har CO₂ udslip, eller ? ?  Betegnelsen "kulfri" betyder at den er børsteløs, altså uden mekanisk kommutering, men det sprog forstår lægfolk ikke. Med enkelte undtagelser ( en Schragemotor ) er ac-motorer børsteløse. Databladet er nonsens.

Ækvivalentdiagrammet havde jeg gerne set erstattet af et blokdiagram, udtrykt ved den Laplace transformerede. Denne metode anvendes af regulerings- og maskinfolk. I et sådant blokdiagram vil motorkonstanten, og dermed den modelektromotoriske kraft, klart fremgå, og sidstnævnte vil i diagrammet blive subtraheret fra den tilførte spænding. Restspændingen driver strømmen gennem højttalerspolen.

Svagstrømmere bruger diverse elektronikkomponentsymboler til at danne et ækvivalent. Et af de til rådighed værende elektroniksymboler, er symbolet for en højttaler. Hvorfor bruger de ikke bare det med angivelsen "8Ω" ?? 

Skulle de ækvivalere den modelektromotoriske kraft, skulle de anvende en zenerdiode, hvis zenerspænding var hastighedsafhængig. Hedder det så en VDZ-diode, og hvad er symbolet for den?