16.09.2022

Lautsprecherberechnungen mit Spice (LTspice)

a: Frequenzweichenberechnung mit Ltspice, mit Hilfe von REW und Octave
b: Simulation verschiedener Gehäusevarianten

a: Frequenzweichenberechnung mit Ltspice, mit Hilfe von REW und Octave

Notwendig:
• Frequenzgangmessungen (.frd)
• Impedanzmessungen (.zma)

Die Vorgehensweise wird am Beispiel eines Zwei-Wege-Lautsprechers demonstriert.
Für die Simulationen werden Frequenzgangmessungen für Tieftöner, Hochtöner (im Gehäuse eingebaut) und eine gemeinsame Messung von Hoch- und Tieftöner (alle Messungen ohne Frequenzweiche) benötigt. Für alle drei Messungen darf der Messaufbau nicht geändert werden. D.h. Lautsprecher und Messmikrofon dürfen nicht bewegt werden, nur die Signalzuführung zum Hoch und Tieftöner müssen geändert werden. Beim Export der gemessenen Files sollte:
-> Use custom resolution: mit z.B.: 96 PPO
verwendet werden.

Ltspice hat die Möglichkeit Datenfelder bei der Simulation zu verwenden. Für eine Frequenzweichenberechnung in LTSpice müssen die REW-Messungen umgewandelt werden. Die Frequenzgangmessung wird mit Octave (kompatibel mit Matlab) zudem minimalphasig umgerechnet. Beim Impulsverlauf der Frequenzgangmessung muss ein Gate im Zeitbereich verwendet werden, damit vor allem der direkte Schalldruckfrequenzgang (also ohne Reflektionen) verwendet werden kann. Der Frequnzgang sollte zudem so gering wie möglich geglättet (smoothing) werden.

Damit die Berechnung mit Ltspice nicht zu zeitaufwendig wird, werden die Messpunkte reduziert (im Oktave Skript z.B. 1000 Datenpunkte oder Frequenzpunkte, momentan nur für die Frequenzmessung).
Aus dem umgewandeltem Frequenzgang-Messfile wird ein .subckt erzeugt (Octave), damit in Ltspice ein der Spannung anliegender entsprechender Schalldruck berechnet werden kann (Tabelle mit Frequenzen zugeordneten Schalldrücken). Aus dem Impedanz-Messfile wird ebenfalls ein .subckt erzeugt (Octave).

Das Model für den Frequenzgang wird mit dem Octave Skript konvertieren_frd_mp_ltspice berechnet. SPL is das zugehörige LTspice Symbol.
Das Model für den Impedanz wird mit dem Octave Skript konvertieren_zma_ltspice berechnet. LS_IMPEDANCE is das zugehörige LTspice Symbol.

Bevor mit der Frequenzweichenberechnung begonnen werden kann, muß noch das Akustische Zentrum ermittelt werden. Das kann in REW ermittelt werden oder durch herumexperimentieren mit dem Parameter dly der Spannungsgesteuerten Spannungsquelle E1 der LTspice Schaltung im folgendem Bild. Die gesteuerte Spannungsquelle E1 verzögert die Eingangsspannung um dly Sekunden (hier 17,5 us) mit Hilfe einer Laplace Transformation.
Ist das Akustische Zentrum gefunden, überlappt sich (so gut wie möglich) die gemeinsame Frequenzgangmessung von Hoch- und Tieftöner (B1 oder B2 siehe Schaltplan) mit dem simuliertem Ergebnis von LTspice, bei dem die Messung vom Hochtöner mit der Messung vom Tieftöner addiert oder subtrahiert wird (U4 oder U5 siehe Schaltplan) siehe zweites Bild.
Nun kann die Frequenzweichenkonstruktion beginnen. Viel Spaß

b: Simulation verschiedener Gehäusevarianten

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