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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Diga uma boa palavra sobre o pobre squeaker. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Alto-falantes Tradicionalmente, a separação das bandas de médios e agudos (ou midbass-HF) é realizada por crossovers passivos (filtros de separação). Isto é especialmente conveniente ao usar kits de componentes prontos. Porém, embora as características dos crossovers sejam otimizadas para um determinado conjunto, elas nem sempre satisfazem a tarefa. Um aumento na indutância da bobina móvel com a frequência leva a um aumento na impedância da cabeça. Além disso, esta indutância para o midbass “médio” é de 0,3-0,5 mH, e já em frequências de 2-3 kHz a impedância quase dobra. Portanto, no cálculo de cruzamentos passivos, duas abordagens são utilizadas: utilizam o valor real da impedância na frequência de cruzamento nos cálculos ou introduzem circuitos de estabilização de impedância (compensadores Zobel). Muito já foi escrito sobre isso, então não vamos repetir. Squeakers geralmente não possuem cadeias estabilizadoras. Neste caso, assume-se que a banda de frequência de operação é pequena (duas a três oitavas) e a indutância é insignificante (geralmente inferior a 0,1 mH). Como resultado, o aumento na impedância é pequeno. Em casos extremos, o aumento da impedância é compensado por um resistor de 5-10 Ohm conectado em paralelo ao tweeter. No entanto, nem tudo é tão simples como parece à primeira vista, e mesmo uma indutância tão modesta leva a consequências interessantes. O problema é que os tweeters funcionam em conjunto com o filtro passa-alta. Independentemente da ordem, ele contém uma capacitância conectada em série com o tweeter e forma um circuito oscilante com a indutância da bobina de voz. A frequência de ressonância do circuito acaba por estar na banda de frequência de operação do tweeter, e uma “corcunda” aparece na resposta de frequência, cuja magnitude depende do fator de qualidade deste circuito. Como resultado, a coloração sonora é inevitável. Recentemente, surgiram muitos modelos de tweeters de alta sensibilidade (92 dB e superiores), cuja indutância chega a 0,25 mH. Portanto, a questão de combinar um tweeter com um crossover passivo torna-se especialmente aguda. Para a análise foi utilizado o ambiente de simulação Micro-Cap 6.0, mas os mesmos resultados podem ser obtidos utilizando outros programas (Electronic WorkBench, por exemplo). Apenas os casos mais típicos são apresentados a título de ilustração; as restantes recomendações são apresentadas no final do artigo em forma de conclusões. Os cálculos utilizaram um modelo simplificado do tweeter, levando em consideração apenas sua indutância e resistência ativa. Esta simplificação é bastante aceitável, uma vez que o pico de impedância ressonante da maioria dos tweeters modernos é pequeno e a frequência de ressonância mecânica do sistema móvel está fora da banda de frequência operacional. Levemos também em consideração que a resposta em frequência para pressão sonora e a resposta em frequência para tensão elétrica são duas grandes diferenças, como se costuma dizer em Odessa. A interação do tweeter com o crossover é especialmente perceptível em filtros de primeira ordem, típicos de modelos baratos (Figura 1):
Pode-se observar que mesmo com uma indutância de 0,1 mH há um pico pronunciado na faixa de frequência de 7 a 10 kHz, conferindo ao som uma coloração “cristal” característica. Aumentar a indutância desloca o pico ressonante para frequências mais baixas e aumenta seu fator de qualidade, o que leva a um “ping” perceptível. Um efeito colateral de um aumento no fator de qualidade, que pode ser transformado em benefício, é um aumento na inclinação da resposta de frequência. Na região da frequência de cruzamento, aproxima-se dos filtros de 2ª ordem, embora a grande distância retorne ao valor original de 1ª ordem (6 dB/oitava). A introdução de um resistor shunt permite “domar” o aumento na resposta de frequência, de modo que algumas funções do equalizador possam ser atribuídas ao crossover. Se o shunt for feito com base em um resistor variável (ou um conjunto de resistores com uma chave), você poderá ajustar rapidamente a resposta de frequência na faixa de 6 a 10 dB. (Figura 2):
No entanto, os filtros de primeira ordem fornecem muito pouca atenuação fora da banda de operação, portanto, são adequados apenas para baixa potência de entrada ou frequência de cruzamento suficientemente alta (7-10 kHz). Portanto, nos projetos mais sérios são utilizados filtros de ordens superiores, do segundo ao quarto. Consideremos as possibilidades de influenciar a resposta em frequência para filtros de segunda ordem, como as mais comuns. Para maior clareza, é utilizado um modelo com alta indutância. Os mesmos resultados são obtidos com tweeters tradicionais, apenas os parâmetros do filtro e o grau de influência na resposta de frequência serão diferentes. Para tweeters com baixa indutância, não é necessário um shunt. O primeiro método é alterar o fator de qualidade do filtro em uma frequência de cruzamento constante devido à relação entre a capacitância e a indutância do filtro (Figura 3):
Alterar simultaneamente a capacitância e a indutância em um crossover é difícil, portanto este método é inconveniente para ajuste operacional. No entanto, é indispensável nos casos em que o grau de correção necessário é conhecido antecipadamente, na fase de projeto. O segundo método é ajustar o fator de qualidade usando um shunt (semelhante ao método discutido anteriormente para um filtro de primeira ordem). O fator de qualidade inicial do filtro de separação é selecionado alto (Figura 4):
O terceiro método é introduzir um resistor em série com o tweeter. Este método é especialmente conveniente para tweeters com indutância superior a 100 mH. Neste caso, a impedância total do circuito “resistor-tweeter” muda ligeiramente durante o processo de regulação, de forma que o nível do sinal praticamente não muda (Figura 5):
Descobertas
Os métodos propostos para regular a resposta em frequência também são aplicáveis a filtros de ordens superiores, mas como o número de “graus de liberdade” aí aumenta, é difícil dar recomendações específicas neste caso. Um exemplo de alteração da resposta de frequência de um filtro de terceira ordem devido a um resistor shunt é mostrado na Figura 6:
Percebe-se que a resposta em frequência assume uma aparência diferente, o que afeta significativamente o timbre sonoro. A propósito, há cerca de 20 anos, muitos alto-falantes “domésticos” de três ou quatro vias tinham resposta de frequência selecionável “normal/cristal/chirp” (“smooth-crystal-chirp”). Isto foi conseguido alterando o nível das bandas de frequência média e alta. Atenuadores comutáveis são utilizados em muitos crossovers e, em relação ao tweeter, podem ser considerados uma combinação de circuitos estabilizadores em série e paralelo. Seu impacto na resposta de frequência resultante é bastante difícil de prever, neste caso é mais conveniente recorrer à modelagem.
A Figura 7 mostra o diagrama e a resposta em frequência de um filtro de terceira ordem desenvolvido pelo autor para os tweeters Prology RX-20s e EX-20s. O projeto usa capacitores K73-17 (2,2 µF, 63 V) e indutores caseiros. Para reduzir a resistência ativa, eles são enrolados em anéis de ferrite. O tipo de núcleo é desconhecido: diâmetro externo 15 mm, permeabilidade magnética da ordem de 1000-2000. Portanto, o ajuste da indutância foi realizado utilizando o dispositivo F-4320. Cada bobina contém 13 voltas de fio isolado com diâmetro de 1 mm. A qualidade do som acabou sendo muito superior à original e a regulação da resposta de frequência foi totalmente consistente com a tarefa. No entanto, deve-se notar que o filtro revelou-se problemático: a impedância de entrada tem um mínimo pronunciado e a proteção do amplificador pode ser acionada. Autor: A.Shikhatov
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