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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Altifalantes de três vias com inversor de fase. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Alto-falantes O autor projeta e fabrica sistemas acústicos exclusivos há muitos anos. Neste artigo, ele fala sobre o design de um conjunto de alto-falantes estéreo de três vias, onde são instaladas cabeças dinâmicas de alta qualidade de fabricantes estrangeiros conhecidos. O crossover também usa componentes de alta qualidade que melhoram a fidelidade da reprodução de gravações musicais de vários gêneros. Este sistema acústico foi uma das exposições da exposição Russian Hi-End 2015, onde despertou o interesse de muitos visitantes e ganhou notas altas de especialistas e amadores durante a audição de demonstração. O projeto deste sistema de alto-falantes (AS) foi iniciado há muito tempo, mas o primeiro par foi concluído apenas na 15ª exposição Russian Hi-End em novembro de 2015. O segundo par foi feito recentemente com pequenas alterações: o gabinete foi simplificado e o crossover foi ligeiramente alterado de acordo com os resultados de escuta e medição. Os alto-falantes usaram cabeçotes dinâmicos: Morel ET338-104 de alta frequência [1], Scan-Speak de média frequência 15M/ 4531K00 [2] e SEAS H1215 de baixa frequência [3]. O tweeter de domo macio de uma empresa israelense se distingue por um sistema magnético muito poderoso e baixa distorção não linear. Apesar da presença de fluido magnético no gap, tem um som dinâmico e reproduz bem o som de metais e instrumentos de percussão. A cabeça de gama média com um diâmetro de 15 cm da empresa dinamarquesa Scan-Speak na série Revelator tornou-se uma das melhores cabeças de gama média de todos os fabricantes. Seu sistema móvel tem um grande deslocamento linear (especificamente para um cabeçote de médio alcance) e permite uma frequência de crossover relativamente baixa. As distorções não lineares na banda de frequência operacional são muito pequenas: o sistema magnético possui dois anéis de cobre linearizantes. O cone de papel possui entalhes especiais que fornecem uma resposta de frequência mais suave no final do modo de pistão. Os woofers com diâmetro de 18 cm (6,5 polegadas) da empresa norueguesa SEAS são comuns com um cone de papel impregnado por fora. A impregnação fornece um declínio suave na resposta de frequência acima da banda de frequência operacional. Cada alto-falante tem duas dessas cabeças no total. Projeto acústico - com inversor de fase (FI). Duas cabeças de 6,5" têm uma área de cone ligeiramente maior do que uma cabeça de 1215". Também no modo de pistão H800 se estende até 8 Hz, e na cabeça de 600" da mesma empresa, o modo de pistão termina em frequências acima de 1215 Hz. Parâmetro de aceleração HXNUMX Bl/Mms \u496d 350, e para uma cabeça de oito polegadas geralmente não excede XNUMX. O volume necessário para cabeçotes de baixa frequência e a frequência de afinação FI podem ser estimados no programa Unibox Excel (freeware) (de autoria de Dane Kristian Kougaard), colocando nele os parâmetros do cabeçote da folha de dados. Este programa simples e conveniente permite que você leve em consideração muitos parâmetros do cabeçote, várias configurações e calcule vários projetos. Ao calcular, é necessário levar em consideração a resistência ativa estimada da bobina do filtro de baixa frequência. Para dois H1215s conectados em paralelo, os cálculos mostram um volume ideal de cerca de 32 litros e, com um diâmetro de tubo inversor de fase de 66 e um comprimento de 116 mm, a frequência de ajuste FI é de cerca de 43 Hz. Essas dimensões correspondem às dimensões do inversor de fase AH-4 fabricado na China. Posteriormente, o tubo FI foi cortado em um comprimento de 100 mm. A frequência de sintonia real tornou-se cerca de 44 Hz. Nos alto-falantes protótipos, os woofers foram instalados cada um em seu compartimento, o que possibilitou a medição correta. Os desenhos do corpo e suas partes (estrutura para tecido - grelha) são mostrados na fig. 1 e 2.
A caixa é feita de material MDF (às vezes é usado MDF translit - uma fração finamente dispersa de madeira). O painel frontal e a base têm 25 mm de espessura, os outros painéis têm 16 e 20 mm de espessura. A caixa tem acabamento folheado e é fixada a uma base removível, pintada de preto. Recomenda-se que os alto-falantes sejam montados em espigões, para os quais são fornecidas buchas roscadas de aço na base. Quando um sistema acústico está sendo projetado a partir do zero, podem ser necessários gabinetes mock-up para testar o projeto, mas neste caso (para a exposição) foi decidido encomendar um gabinete acabado em folheado imediatamente. A partição inclinada entre os compartimentos de médios e graves no alto-falante é feita para suprimir parcialmente a onda estacionária vertical no gabinete e para reduzir o volume do compartimento de médios. Com uma divisória horizontal, esse compartimento acabou sendo muito grande e, para obter o volume necessário do compartimento de graves, foi necessário aumentar a altura total do alto-falante, que já era de mais de um metro (1052 mm sem espigões). O compartimento de médio porte é preenchido com inverno sintético em mais de 50%, mas o espaço perto da cabeça de médio porte está livre de inverno sintético. Um filtro de alto-falante não pode ser calculado corretamente sem ter medido a resposta de frequência da pressão sonora e impedância de cada driver instalado no gabinete. Medições acústicas requerem um complexo de medição. Em sua forma mais simples, é um microfone, uma placa de som de computador e um programa de computador para cálculos eletroacústicos. Utilizo o complexo de medição LMS da empresa americana LINEARX. Atualmente não está disponível, mas é muito conveniente para medições e permite medir a resposta de frequência em uma sala despreparada. O complexo inclui um microfone, placa de PC e software. Existem outros instrumentos de medição, por exemplo, Clio da empresa italiana Audiomatica SRL ou MLSSA, mas para medições amadoras, esses sistemas são muito caros. Uma ferramenta mais simples é o LoudSpeaker LAB 3 de um autor sueco, mas não é gratuito. O programa permite que você use uma placa de som do computador com um microfone adequado para essa finalidade. Uma solução completa e relativamente barata é o ATB PC PRO da empresa alemã Kirchner. Apesar de uma implementação ligeiramente primitiva, este programa de computador permite que você faça medições suficientes para fazer alto-falantes de alta qualidade. Na fig. 3 mostra a resposta de frequência de cabeças dinâmicas, medida pela pressão sonora, e na fig. 4 - características de sua impedância. A resposta de frequência foi medida a uma distância de 0,5 m ao longo do eixo de radiação das cabeças correspondentes. A linha pontilhada é para o tweeter, a linha pontilhada é para a cabeça de médio porte, a linha contínua é para o woofer.
A resposta de frequência de pressão sonora é suavizada para facilidade de uso. O sistema não está calibrado para medir o valor absoluto da pressão sonora, pelo que os gráficos não correspondem à sensibilidade declarada das cabeças. O nível do sinal é selecionado com base na conveniência das medições, para que o ruído do sistema não interfira e não haja grandes distorções. Após as medições, os gráficos são exportados para um programa simulador, que permite simular a resposta em frequência e outros parâmetros do sistema, levando em consideração o filtro. O programa também permite calcular os elementos dos filtros de crossover e otimizar a resposta de frequência. Estou usando o LspCAD 5.25 de Ingemar Johansson. É bastante poderoso, mas não muito difícil de dominar. Existe uma versão posterior, mas não é conveniente o suficiente. Há também um programa LEAP muito poderoso do mesmo LINEARX que o LMS produziu. É mais avançado, mas difícil de usar. O resultado final da simulação é mostrado na fig. 5. O gráfico superior mostra a resposta de frequência total no eixo da cabeça de HF no infinito (linha grossa) e a resposta de frequência das cabeças com seus próprios filtros (linhas finas). A resposta de frequência não pode ser chamada de uniforme, mas isso não é crítico, pois o simulador mostra uma resposta de frequência mais uniforme no eixo em 5 graus. acima do eixo da cabeça de HF. O gráfico inferior é uma característica da impedância do alto-falante e cabeçotes com filtros apropriados.
O circuito do filtro crossover para um canal de alto-falante é mostrado na fig. 6.
O crossover LF usa um filtro de primeira ordem (indutor L4). A banda média também é cortada na parte superior e inferior por um filtro de primeira ordem (C2 e L2). O filtro de segunda ordem (dL1) é aplicado na banda de alta frequência. As ordens acústica e elétrica do decaimento do filtro geralmente não coincidem, pois o AFC dos cabeçotes tem seu próprio desnível na banda de atraso do filtro. Portanto, o real cai próximo às frequências de crossover nas bandas LF e fica próximo ao primeiro, nas bandas MF de cima e o HF - mais próximo do terceiro devido às próprias quedas na resposta de frequência das cabeças, que são adicionadas à gota fornecida pelo filtro elétrico. Nos alto-falantes, todas as cabeças são conectadas em fase. Normalmente, as cabeças de baixo não podem ser reduzidas por um filtro de primeira ordem e sem inversão de polaridade - a segunda ordem é mais usada. Aqui foi possível ao custo de maior irregularidade da resposta de frequência total. A baixa ordem do filtro significa áreas de cooperação de cabeça mais amplas e padrões de lóbulos verticais com lóbulos centrais estreitos. Mas alto-falantes com filtros de baixa ordem soam mais naturais, coesos e vivos. O circuito R6C5, juntamente com a bobina L4, forma um filtro plugue que corta um pequeno overshoot na resposta de frequência das cabeças de baixo, que é audível se medidas especiais não forem tomadas. Ao mesmo tempo, este circuito reduz ligeiramente a inclinação da resposta de frequência acima da frequência de cruzamento, portanto, para compensar essa diminuição na inclinação, o circuito R7C6 é introduzido. O circuito L5C7 (como notch) elimina o aumento da impedância da seção de graves em frequências em torno de 75 Hz. Isso é necessário para eliminar o pico na resposta de frequência do alto-falante, que mascara os graves mais baixos. Esse fenômeno é chamado de "bombeamento", termo proposto por SD Batem. A maioria dos fabricantes de alto-falantes não leva em consideração esse fenômeno, embora existam projetos de alto-falantes que usam um circuito de equalização de impedância semelhante. Capacitores de polipropileno são usados no crossover, e C1 e C2 são Mundorf Supreme (caro, preto - veja a foto abaixo). O preço dos capacitores C2, C3 (um conjunto de quatro) é compatível com o preço de um cabeçote de médio porte, mas em um bom caminho, a diferença no som dos alto-falantes com esses capacitores é perceptível. Para economizar dinheiro, você pode substituí-lo por outro - Mundorf Msar (branco). Você pode usar parte Supreme e parte MCap (como C4). Capacitor C7 - óxido não polar (Mundorf Bipolar). Bobinas - comuns de fio de enrolamento, exceto L2 (Mundorf CFC16), que é enrolado com fita enrolada (fio JBSPL. Diâmetros de fio para bobinas L1 e L3 (Mundorf L100) - 1 mm, para L4 (Mundorf L140) - 1,4 mm, para L5 (Mundorf L71) - 0,71 mm (resistência de cerca de 4,5 ohms) A bobina L5 pode estar em um núcleo ferromagnético e sua resistência pode diferir, neste caso, a soma da resistência da bobina L5 e um resistor adicional (não mostrado no diagrama) deve ser aproximadamente igual a 4,5 ohms.Resistores no crossover - óxido de metal (Mundorf MResist MOX). Na foto da fig. 7 o crossover é mostrado montado. As peças são montadas nos terminais por montagem saliente e fixadas com cola quente a um painel de MDF, compensado ou outro material com espessura de 3 ... 6 mm. Os filtros são montados em dois painéis: juntos para frequências médias-altas e separadamente para frequências baixas. O painel do filtro passa-baixo é fixado na parede lateral dos alto-falantes no compartimento inferior da cabeça do baixo, e o painel do filtro para os cabeçotes de frequências médias e altas é fixado na parede lateral do compartimento superior da cabeça do baixo. Os orifícios por onde passam os fios dos filtros para os médios e tweeters devem ser vedados com plasticina.
Vamos ver qual impedância real e resposta de frequência esse crossover fornece. Na fig. 8 mostra a resposta de frequência dos alto-falantes em uma sala, tirada de uma distância de 1 m ao longo do eixo da cabeça de HF. Pode-se ver que é semelhante ao produto da simulação (ver Fig. 4), mas acabou sendo mais uniforme do que o simulador previu. Isso geralmente acontece devido ao fato de que as cabeças dinâmicas são consideradas como fase mínima por padrão na modelagem e nas medições, mas, na realidade, fora do modo de pistão, isso pode não ser verdade.
Portanto, não será possível simular imediatamente o filtro "correto". Requer alterações de filtro e medições e escuta adicionais. Na realidade, a resposta de frequência (suavizada para um terço de oitava) cai dentro de um desvio de ±3 dB, se você não prestar atenção à resposta de frequência abaixo de 300 Hz, onde a sala afeta significativamente. Em particular, devido à interferência do direto dos alto-falantes e dos sinais refletidos do chão, o microfone apresenta uma queda na resposta de frequência na região de cerca de 200 Hz. Ao se afastar dos alto-falantes, esse efeito é nivelado. Os máximos locais nas frequências de 34 e 60 Hz são devidos às ondas estacionárias que o microfone percebe em um determinado ponto (a 34 Hz - entre paredes, a 60 Hz - entre o chão e o teto). O máximo em 140 Hz foi devido a reflexões de móveis próximos. Dadas as ligeiras características de alisamento, o resultado é bastante decente. Na fig. 9 mostra a resposta de frequência da impedância do alto-falante. Praticamente coincide com o calculado na simulação. Um pequeno pico em 180 Hz é uma onda estacionária vertical não suprimida na seção LF. Rótulos em 100 Hz e 1 kHz são gerados por software, na realidade não são.
Pode-se ver que a impedância na faixa de frequência de trabalho não cai abaixo de 3,3 ohms e não excede 7,2 ohms (exceto para o pico de baixa frequência do inversor de fase). O sistema pode ser considerado nominalmente de quatro ohms e pode ser usado com um amplificador valvulado, pois possui uma impedância bastante uniforme e uma sensibilidade bastante alta. Especificações do alto-falante
Na foto da fig. A Figura 10 mostra o primeiro conjunto estéreo de alto-falantes (gabinetes ao longo das bordas do estande), fabricado e apresentado na exposição Russian Hi-End em 2015. Segundo muitos visitantes, com um custo médio de componentes e fabricação, a qualidade do o acabamento das caixas é bastante alto, e o som dos alto-falantes é classificado como equilibrado e natural em muitos gêneros musicais, embora, devo admitir, o autor não tenha fonogramas de "heavy metal" ou "rock" ali .. .
Nota. Há um erro de digitação no diagrama do filtro. R6 não é 2.2 Ohm, mas 22. Para Vladimir: a bobina L3 é enrolada com fio de 1 mm. Todas as bobinas Mundorf. A resistência total R5L3 é de cerca de três ohms. Literatura
Autor: G. Krylov
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