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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Sistemas acústicos com padrão de radiação circular (campo espacial AS). Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Áudio A principal tarefa da reprodução sonora eletroacústica (na versão mais idealizada) é garantir que o campo sonoro secundário no local de audição corresponda ao primário no local onde ocorre a própria ação. Estando na rua, na floresta, no campo ou em qualquer outro lugar, ouvindo, podemos localizar com bastante liberdade as fontes desses sons de todos os lados. A maioria das fontes sonoras no mundo que nos rodeia estão próximas de fontes pontuais (em comparação com o comprimento de onda das vibrações sonoras). Essas fontes emitem um espectro de frequência que muda dinamicamente e, dependendo da localização da fonte sonora acima do solo ou do nível do solo, uma onda hemisférica ou esférica é formada. Posso ter objeções ao dar um exemplo de corda vibrante, mas tomemos uma guitarra elétrica na qual o captador está localizado mais próximo do final das cordas. Parecem ser apenas altas frequências, mas o captador transmite uma ampla gama de frequências. Quase todo o espectro de frequências de vibração pode ser obtido de cada seção da corda. Imaginemos mentalmente a seguinte experiência: na parede de uma sala sem janelas, a uma distância de, por exemplo, 2 m, são recortadas duas aberturas voltadas para a rua com diâmetro igual ao difusor do alto-falante. Assim, obteremos o equivalente a um sistema de alto-falantes que possui um padrão de radiação diferente para diferentes frequências, e o padrão será mais estreito para altas frequências. Sentamos na sala e tentamos entender o que está acontecendo na rua. E agora vamos lá fora - os sons vão nos cercar. É para a reconstrução do campo sonoro espacial que os esforços dos desenvolvedores de sistemas acústicos de campo espacial (ASFS) são direcionados. A maioria dos sistemas existentes são vetoriais, ou seja, radiação direcional, pelo menos em parte da banda de frequência de áudio. A tarefa de pontuar uma sala é preenchê-la com um campo sonoro (pressão) uniforme em todos os seus pontos, sem máximos e quedas. Imagine tal experimento - uma sala de espelhos e deve ser iluminada uniformemente. Se usarmos lanternas de luz direcionais (emissores vetoriais), obteremos raios de luz separados refletidos nas paredes espelhadas, haverá máximos e quedas. Se pegarmos uma lâmpada fosca não direcional (ou duas lâmpadas espaçadas), teremos uma sala preenchida com luz mais uniforme. A partir desta experiência, chegamos à conclusão de que menos emissão de som direcional dos alto-falantes cria um campo sonoro mais uniforme. As cabeças dinâmicas utilizadas como fontes sonoras não permitem reproduzir toda a faixa de frequência audível sem distorção perceptível. Para resolver este problema, são produzidos bandheads otimizados para sua banda de frequência. Assim, os alto-falantes consistem em vários cabeçotes espaçados no painel frontal dos alto-falantes, e apenas uma parte do espectro do sinal de áudio é alimentado para cada um dos cabeçotes de tira, e cada um desses cabeçotes possui seu próprio padrão de diretividade. Existem alguns problemas em alto-falantes multivias com cabeçotes dinâmicos espaçados: diferentes tempos de atraso do sinal nas bandas devido ao atraso nos filtros de cruzamento, emissão não pontual do espectro sonoro, o que leva a uma mudança no padrão de radiação na banda região de separação. O padrão direcional diferente dos radiadores de faixa, dependendo da localização dos ouvintes, leva à coloração do timbre do som dos instrumentos musicais. Conclusão: o campo sonoro secundário fundamentalmente não pode corresponder ao primário - fig. 1. Surge a pergunta inevitável - o que fazer?
Primeiro, um pouco de história. Em 1898, Oliver Lodge inventou o alto-falante dinâmico, cujo design sobreviveu em grande parte até hoje. Em 1948, o primeiro alto-falante "DualConcentric" de Tannoy foi apresentado no "Radio Show" de Londres, o primeiro driver coaxial bidirecional equivalente a um ponto. Foi realmente um avanço que mantém suas vantagens até hoje, no entanto, um alto-falante coaxial com radiador de buzina de alta frequência tem uma área de audição confortável muito pequena devido ao aumento da diretividade com o aumento da frequência do sinal. No design coaxial, o radiador de alta frequência está localizado no topo do cone do radiador de baixa frequência, que atua como uma buzina móvel (!), afetando a cor do timbre dependendo da posição do ouvinte. O próximo passo para a criação do APMS foi dado pelo engenheiro V. I. Shorov. O sistema acústico 30AS103P desenvolvido por ele foi produzido pela fábrica Yantar e foi descrito em [1]. Trata-se de um alto-falante bidirecional, onde duas cabeças dinâmicas são instaladas em um plano horizontal e cada uma é direcionada para seu próprio cone de espalhamento, convertendo a radiação vetorial em escalar (não direcional). Como o emissor de alta frequência (cabeça) é instalado acima do de baixa frequência, não obtemos uma fonte absolutamente pontual, mas no plano horizontal obtemos uma fonte com um padrão de radiação circular. Outro passo para a criação de uma fonte sonora pontual omnidirecional (mais precisamente, com um padrão de radiação) foi o projeto (Fig. 2) proposto por Yu. Gribanov e A. Klyachin.
Nele, seis pares de cabeçotes são instalados nos seis lados da caixa do alto-falante. Este AS não pode ser denominado ASPP, pois existe uma componente vetorial da radiação. Mas é uma fonte sonora omnidirecional pontual. Há mais uma desvantagem: o mesmo sinal é emitido por vários cabeçotes e é impossível conseguir seu funcionamento síncrono e parâmetros idênticos. Isso pode levar à perda das nuances mais sutis da trilha sonora. A chamada AS de contra-abertura (Fig. 3), proposta por A. Vinogradov e A. Gaidarov, corresponde mais plenamente à ideologia da ASPP.
Uma fonte de pressão sonora omnidirecional de ponto virtual é criada em toda a banda AF. O componente vertical da onda sonora é um tanto suprimido. Mas voltamos novamente ao mesmo problema do caso anterior - não se obtém uma estrutura absolutamente simétrica. Em altas frequências, as ondas sonoras emitidas pelas duas cabeças podem estar fora de fase e a interferência resultante distorcerá o timbre original. A distorção, claro, é menor que no método anterior (menos cabeças), mas o problema permanece. Há outro problema com esse design. O uso de dois cabeçotes de banda larga nem sempre permite reproduzir a faixa de frequência necessária, mesmo se você usar coaxial (bidirecional). Não é possível implementar as três pistas necessárias em tal estrutura. O princípio de operação do terceiro tipo de AMS é fácil de entender a partir do projeto, mostrado convencionalmente na Fig. 4. A exclusão de metade do conjunto de alto-falantes do AS de contra-abertura permite evitar suas desvantagens inerentes. Ele também emite ondas sonoras com um padrão circular em toda a faixa de frequência.
Atualmente, nossa empresa, que possui diversas patentes para tais AUs, produz APCS de acordo com duas estruturas. Duas pistas, feitas conforme fig. 5, estão disponíveis em três volumes: 5, 10 e 40 litros para uso doméstico em salas. Para pequenas salas de cinema, é produzido um sistema especial de controle automático de 1000 W, que proporciona alta pressão sonora. A estrutura do ASPP, mostrada na fig. 6 implementa um princípio de separação de espectro de três bandas, o que simplifica muito o problema de seleção de cabeças. Entre os produtos da empresa está também um ASPP com caixa de 70 litros, projetado para reprodução de fonogramas estereofônicos de alta qualidade.
Se falarmos das características do AES, então em comparação com os alto-falantes de radiação direta, podemos assumir algum enfraquecimento do ataque no som dos instrumentos, já que o som é irradiado em todas as direções, e não direcionado aos ouvintes. Mas o que proporciona o uso de tais alto-falantes em salas reais? É criado um campo sonoro espacial uniforme - onde quer que você esteja, o timbre do som é o mesmo em todos os lugares. Quer você fique na frente dos alto-falantes ou ao lado, o som não muda, você está cercado por um campo sonoro uniforme. Acontece um som muito confortável em grandes áreas: uma sensação incomum de conforto e envolvimento emocional criam um ambiente inatingível com alto-falantes convencionais. Os três tipos de AMS mostrados aqui não esgotam a variedade de opções diferentes. Dizer inequivocamente que um som é melhor ou pior que outro quando excede um determinado limite de qualidade não tem sentido: a percepção é o reino das emoções, e elas são diferentes, por isso existem muitos amplificadores e sistemas acústicos. Mas o que fica claro é que esse som está mais próximo da natureza que nos rodeia. Como exemplo, considere o sistema de alto-falantes AC200 fabricado por nossa empresa. Este sistema é fabricado nas versões desktop e suspensa utilizando cabeçotes dinâmicos fabricados pelo Laboratório ASA [2]. Usamos o modelo B1602.8 como woofer e o T252.4 como tweeter. Na fig. 7 mostra um desenho simplificado do AC.
Este design de alto-falante vertical permite o uso de um tubo como gabinete, o que o distingue dos gabinetes cúbicos padrão. Como invólucro 11 (Fig. 8), foi escolhido um tubo plástico PVC 200x4,9x2000, que é utilizado, principalmente, em sistemas de esgoto. Um tubo com 2 m de comprimento é suficiente para dois alto-falantes. Os anéis 1, 2, 6, 10 são feitos de MDF com 16 mm de espessura. Na fig. 9 mostra um desenho das peças 2, 6. As peças são fixadas ao corpo com parafusos escareados 3x19 mm (3-4 peças). O filtro 2 é fixado na parte 9, que é instalada na parte inferior da carcaça, possui furo para saída do fio de sinal. A parte 6, na qual estão instaladas as cabeças dinâmicas, é montada na carcaça 11 com a condição de que o plano superior do anel esteja nivelado com a borda inferior das janelas da carcaça 11. Para colocar o fio que vai para a cabeça HF 4, não é instalado um parafuso auto-roscante, mas o fio é passado para a cabeça HF, que é fixada de qualquer forma (em tampas, em uma estrutura soldada em fio de cobre com diâmetro de 5 ... 1 mm) e fixado com parafusos auto-roscantes que fixam a cabeça LF. O principal requisito é fornecer a folga necessária entre o cone da cabeça HF e o cone de dispersão 1,5. O cone mostrado na fig. 3, pode ser feito de MDF ou plástico grosso. Para endurecer o cone de plástico pode ser espumado.
Uma superfície de cone envernizada brilhante é desejável para reduzir a perda em altas frequências. O cone é fixado na parte 2 com cola. Como absorvedor de som, é utilizado um inverno sintético fino, que é bem recheado; o critério para densidade de empacotamento é a ausência de resmungos no registro de baixa frequência. Você pode tentar derramar uma camada de 5 ... 10 cm de espessura de carvão ativado fino, que deve ser coberto com inverno sintético por cima. As peças 1 e 10 definem a aparência e podem ser pintadas ou folheadas. A parte 1 é fixada à parte 2 com buchas ou pequenos parafusos auto-roscantes, e a parte 10 - com parafusos auto-roscantes, com liberação do cabo de conexão. Para fazer uma apresentação aos palestrantes, você pode costurar uma “meia” de tecido sintético fino e fixá-la com um grampeador nas partes superior e inferior 2. O circuito do filtro crossover é mostrado na fig. onze.
O indutor L1 é enrolado com um fio esmaltado com diâmetro de 0,5 ... 0,8 mm em um tubo de plástico com diâmetro de 25 mm, largura do enrolamento de 20 mm. 120 voltas de fio de 10,2 m de comprimento criam uma indutância de 0,3 mH. Capacitor C1 - K73-17 ou K78-2 (melhor). O resistor R1 com resistência de 0,2 ohms é feito de fio de alta resistência: eles pegam um pedaço de vários metros de comprimento, medem sua resistência e arrancam a parte correspondente à resistência desejada. O diâmetro do fio deve ser de pelo menos 0,2 mm. A fase (polaridade) de ativação das cabeças é determinada empiricamente. O diagrama aqui mostra a polaridade otimizada quando medida com ruído rosa. Literatura
Autor: V. Kostin
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