Sistema de alto-falante ativo multibanda. A arte do áudio

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Sistema de alto-falante ativo multidirecional

A arte do áudio

Os sistemas de alto-falantes multidirecionais fornecem som de alta qualidade porque cada alto-falante é projetado especificamente para reproduzir uma banda de frequência específica e é otimizado de acordo. Na maioria das vezes, em sistemas de alto-falantes multibanda, o espectro sonoro é dividido em duas ou três bandas.

Para garantir uma resposta de frequência resultante horizontal, as bandas de frequência reproduzidas por cada alto-falante devem se sobrepor suavemente, complementando-se. A incompatibilidade entre os níveis de pressão sonora nas bandas e a expansão da área de ação conjunta dos alto-falantes levam à distorção da resposta de frequência. Portanto, para a escolha correta, é importante conhecer a dependência da pressão sonora na frequência de cruzamento entre as bandas (Fig. 1). A curva superior corresponde ao ruído rosa, a curva inferior corresponde à música moderna:

Sistema de alto-falante ativo multidirecional
Figura.1

Por exemplo, para um sistema de três vias de 100 W com frequências de cruzamento de 400 Hz e 3 kHz, a distribuição de energia será a seguinte (assumindo a mesma sensibilidade do alto-falante):

canal LF - 50 W;
canal MF - 35 W;
Canal RF - 15.

Filtros passivos e ativos podem ser usados para separar as bandas, mas atualmente os filtros ativos são significativamente mais baratos do que os filtros passivos de alta qualidade que usam indutores sem núcleo e capacitores não eletrolíticos. Além disso, os filtros ativos não apresentam as principais desvantagens dos passivos:

perda de potência;
um aumento na resistência de saída (do lado do alto-falante) e a deterioração associada no amortecimento;
complexidade de cálculo e ajuste devido à dependência da frequência da impedância dos alto-falantes, necessidade de utilização de compensadores Zobel-Boucher.

No entanto, filtros ativos só podem ser usados com amplificadores separados para cada banda de frequência, e é conveniente usar amplificadores integrados monolíticos. Em alguns casos, filtros complexos não são necessários e para separar as bandas basta usar as cadeias RC mais simples com inclinação de resposta de frequência de 6 dB/oitava. Excelentes resultados são alcançados devido ao fato de tal filtro estar livre de distorções de fase e transitórias. No entanto, a baixa atenuação dos filtros RC mais simples requer o uso de alto-falantes que possam operar sem distorção e além da banda passante do filtro.

Sistema de alto-falante ativo multidirecional
Figura.2

Uma solução elegante e não menos eficaz - um amplificador de filtro (Power Filter) - foi proposta pela SGS-THOMSON. O circuito proposto combina um amplificador de potência e um filtro de segunda ordem (12 dB/oitava) ou de terceira ordem (18 dB/oitava). O funcionamento do circuito é baseado no fato de existirem duas tensões de modo comum idênticas na entrada do sinal e na entrada de realimentação do amplificador, que é o que é necessário para o funcionamento do filtro ativo. A resistência no lado de entrada do OOS costuma ser em torno de 100 Ohms, no lado do sinal é muito alta, o que também contribui para o correto funcionamento do circuito. O design do circuito é semelhante aos filtros Sallen-Key. A Figura 2 mostra um circuito de um amplificador de filtro de RF com frequência de corte de 900 Hz, implementando um filtro Bessel de 3ª ordem.

A Figura 3 mostra um diagrama de um sistema acústico ativo de três vias construído de acordo com o princípio proposto. Foram utilizados filtros Butterworth de 2ª ordem com frequências de corte de 300 Hz e 3 kHz. A seção de médio porte consiste em dois filtros passa-alta (R10R11C10C11) e passa-baixa (R12R13C12C13) conectados em série. A descarga de corrente indireta é usada no link de baixa frequência. O sinal de acionamento dos transistores de saída é removido dos resistores no circuito de alimentação do amplificador. Com uma tensão de alimentação de 36 V, a potência de saída do canal LF é de 25 W com THD=0,06% e 30 W com THD=0.5%.

Sistema de alto-falante ativo multidirecional
Figura.3

O ganho dos canais de média e alta frequência é selecionado de acordo com a sensibilidade e impedância dos cabeçotes dinâmicos comuns (a sensibilidade dos cabeçotes de média e alta frequência é geralmente 3...4 dB maior que a baixa frequência). Se necessário, você pode ajustar a sensibilidade dos amplificadores passa-banda ajustando os circuitos OOS (R6, R15 e R22). Para evitar a autoexcitação, o ganho não deve ser inferior a 20 dB, ou seja, A resistência desses resistores não deve ser inferior a 1 kOhm. Como a prática de repetir este circuito tem mostrado, a resistência dos resistores do sensor de corrente R7 e R8 pode ser aumentada para 2,2 Ohms. Como resultado, devido à redistribuição de energia para os transistores, o aquecimento do microcircuito em altos níveis de sinal é um pouco reduzido.

Os capacitores eletrolíticos devem ter uma tensão operacional de pelo menos 50V. A potência dos resistores dos circuitos de compensação deve ser de 2 W. Diodos de proteção VD1-VD6 - qualquer silício com tensão reversa permitida de pelo menos 50 V e corrente direta de pelo menos 1A, por exemplo KD243. Os transistores de saída VT1 e VT2 podem ser substituídos por um par complementar tradicional KT816/817 ou KT818/819. Você também pode usar o par mais moderno KT864/865. Os transistores devem ter os mesmos índices de letras. Em vez de tdA2030A, você pode usar um análogo funcional de produção nacional - K174UN19A (o coeficiente harmônico aumentará para 0.1...0.5%). Ao usar este microcircuito, para aumentar a confiabilidade, a tensão de alimentação deve ser reduzida para 30...32 V, o que praticamente não terá efeito na potência de saída. Durante a instalação é necessário levar em consideração que o corpo do microcircuito está conectado ao pino 3.

Para melhorar ainda mais a qualidade do som, vale a pena abandonar os capacitores de acoplamento de óxido de alta capacidade na saída do amplificador e mudar para uma fonte de alimentação bipolar. Uma variante do circuito para este caso é mostrada na figura a seguir. É melhor usar capacitores apolares C1, C4, C14, C21. Outras recomendações para substituição de peças e instalação permanecem válidas.

Sistema de alto-falante ativo multidirecional
Figura.4

Existem duas opções principais de design disponíveis. Na primeira opção, amplificadores passa-banda são integrados aos alto-falantes e um pré-amplificador separado é usado. Com uma impedância de entrada de apenas 600 Ohms, as características do cabo de conexão não afetarão o sinal. Mas é necessário um pré-amplificador com uma saída suficientemente potente, capaz de acionar uma carga com resistência de 600 Ohms. Pode ser executado em um amplificador operacional com um estágio de saída “paralelo” ou em um poderoso amplificador operacional K157UD1.

Para conectar um alto-falante ativo nesta versão, qualquer cabo blindado ou mesmo par trançado sem blindagem é adequado se o comprimento for de até 2 a 3 m, apenas não coloque os cabos de sinal e alimentação lado a lado e em paralelo.

A segunda opção usa alto-falantes passivos e um amplificador completo de três vias. A desvantagem é que você terá que passar três pares de fios para cada alto-falante. Nesta modalidade é possível aumentar a impedância de entrada dos amplificadores passa-faixa para 10 kOhm, o que permite a utilização de circuitos pré-amplificadores comuns.

Tensão de alimentação não estabilizada para versão bipolar +-18 volts com corrente de carga de pelo menos 2A (por canal). O transformador deve produzir uma tensão de 2x16.5 volts (enrolamento com derivação do meio). Filtro retificador - no mínimo 2x22000 µF com fonte de alimentação comum para todos os amplificadores e 2x10000 µF - com fontes separadas para cada canal.

Você pode instalar uma fonte de alimentação separada em cada alto-falante ou usar uma fonte de alimentação comum e distribuir a tensão CC. Esta opção também é adequada, mas a capacitância do filtro deverá ser dividida em duas partes e uma delas instalada no alto-falante para eliminar a influência da resistência dos fios de alimentação.

Publicação: www.bluesmobile.com/shikhman

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