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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Subwoofer para carro. Parte 2. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Alto-falantes Carregando… "Aí comecei a contar o volume da caixa do violino, e esse trabalho foi longo e emocionante. ... O volume não pode ser reduzido - o violino vai sibilar, vai começar a murmurar baixinho. Se você aumentar, vai guinchar penetrantemente, os baixos ficarão maçantes e fracos...", A.A. G.A. Weiner, "Visit to the Minotaur". Contexto Na parte anterior da nossa conversa, ficou claro quais são os aspectos bons e ruins de vários tipos de design acústico. Parece que agora "os objetivos são claros, mãos à obra, camaradas .." Não tive essa sorte. Em primeiro lugar, o design acústico, no qual o próprio alto-falante não está instalado, é apenas uma caixa montada com vários graus de cuidado. E muitas vezes é impossível montá-lo até que seja determinado qual alto-falante será instalado nele. Em segundo lugar, e esta é a principal diversão no projeto e fabricação de subwoofers automotivos - as características de um subwoofer pouco fogem do contexto das características, mesmo as mais básicas, do carro onde ele irá funcionar. Há também um terceiro. Um sistema de alto-falante móvel igualmente adaptado a qualquer tipo de música é um ideal que raramente é alcançado. Um bom instalador costuma ser reconhecido pelo fato de que, ao "fazer uma leitura" de um cliente que encomendou uma instalação de áudio, ele pede para trazer amostras do que o cliente vai ouvir no sistema que encomendou depois de concluído. Como se vê, são muitos os fatores que influenciam a decisão e não há como reduzir tudo a receitas simples e inequívocas, o que faz da criação de instalações áudio móveis uma ocupação fortemente ligada à arte. Mas algumas diretrizes gerais ainda podem ser delineadas. Tsifir Apresso-me em alertar os tímidos, preguiçosos e educados humanitariamente - praticamente não haverá fórmulas. Tanto quanto possível, tentaremos prescindir sequer de uma calculadora - um método esquecido de cálculo mental. Os subwoofers são o único elo na acústica do carro onde medir a harmonia com a álgebra não é um negócio sem esperança. Para ser mais direto, é simplesmente impensável projetar um subwoofer sem cálculo. Os parâmetros do alto-falante atuam como os dados iniciais para este cálculo. Qual? Sim, não aqueles que te hipnotizam na loja, tenha certeza! Para calcular, mesmo as mais aproximadas, as características de um alto-falante de baixa frequência, é preciso conhecer seus parâmetros eletromecânicos, que são inúmeros. Esta é a frequência ressonante, a massa do sistema em movimento, a indução no intervalo do sistema magnético e pelo menos outras duas dezenas de indicadores compreensíveis e não muito claros. Chateado? Não é surpreendente. Há cerca de vinte anos, dois australianos ficaram chateados - Richard Small e Nevil Thiel. Eles sugeriram usar um conjunto universal e bastante compacto de características em vez de montanhas de tsifiri, que perpetuaram, merecidamente, seus nomes. Agora, quando você vê uma tabela na descrição do alto-falante chamada Thiel/Small parameters (ou simplesmente T/S) - você sabe do que estou falando. E se você não encontrar essa tabela - vá para a próxima opção - esta é inútil. O conjunto mínimo de características que você precisa descobrir é:
frequência natural é a frequência de ressonância do alto-falante sem qualquer design acústico. É medido desta forma - o alto-falante é suspenso no ar na maior distância possível dos objetos ao redor, então agora sua ressonância dependerá apenas de suas próprias características - a massa do sistema móvel e a rigidez da suspensão. Há uma opinião de que quanto menor a frequência de ressonância, melhor o subwoofer sairá. Isso é apenas parcialmente verdadeiro; para alguns projetos, uma frequência de ressonância desnecessariamente baixa é um obstáculo. Para referência: baixo é 20 - 25 Hz. Abaixo de 20 Hz é raro. Acima de 40 Hz é considerado alto para um subwoofer. Fator de qualidade total O fator de qualidade neste caso não é a qualidade do produto, mas a relação entre as forças elásticas e viscosas que existem no sistema móvel do alto-falante próximo à frequência de ressonância. Um sistema de alto-falante móvel é muito parecido com a suspensão de um carro, onde há uma mola e um amortecedor. A mola cria forças elásticas, ou seja, acumula e libera energia no processo de oscilação, e o amortecedor é uma fonte de resistência viscosa, não acumula nada, mas absorve e se dissipa na forma de calor. A mesma coisa acontece quando o difusor e tudo ligado a ele vibra. Uma alta figura de mérito significa que as forças elásticas predominam. É como um carro sem amortecedores. Basta dar de cara com uma pedrinha e a roda começará a pular, sem ser contida por nada. Salte na própria frequência ressonante que é inerente a este sistema oscilatório. Aplicado a um alto-falante, isso significa uma ultrapassagem da resposta de frequência na frequência de ressonância, quanto maior, maior o fator de qualidade total do sistema. O maior fator de qualidade, medido em milhares, pertence à campainha, que, por isso, não quer soar em nenhuma frequência que não seja a ressonante, felizmente ninguém exige dela. Um método popular para diagnosticar a suspensão de um carro por wiggle nada mais é do que medir o fator de qualidade da suspensão de forma artesanal. Se agora colocarmos a suspensão em ordem, ou seja, anexar um amortecedor paralelo à mola, a energia acumulada durante a compressão da mola não retornará totalmente, mas será parcialmente arruinada pelo amortecedor. Esta é uma diminuição no fator de qualidade do sistema. Agora de volta à dinâmica. Nada que vamos e voltamos? Isso, dizem eles, é útil ... Tudo parece ficar claro com a mola no alto-falante. Esta é uma suspensão difusora. E o amortecedor? Amortecedores - até dois, trabalhando em paralelo. O fator de qualidade total do alto-falante consiste em dois: mecânico e elétrico. O fator de qualidade mecânica é determinado principalmente pela escolha do material de suspensão, e principalmente pela arruela de centragem, e não pela ondulação externa, como às vezes se acredita. Geralmente não há grandes perdas aqui, e a contribuição do fator de qualidade mecânica para o total não excede 10 - 15%. A principal contribuição pertence à figura de mérito elétrica. O amortecedor mais duro operando no sistema oscilatório de um alto-falante é um conjunto de uma bobina de voz e um ímã. Sendo um motor elétrico por natureza, ele, como deve ser para um motor, pode funcionar como um gerador, e é exatamente isso que ele faz perto da frequência de ressonância, quando a velocidade e a amplitude do movimento da bobina de voz são máximas. Movendo-se em um campo magnético, a bobina gera uma corrente, e a carga para tal gerador é a impedância de saída do amplificador, ou seja, praticamente zero. Acontece o mesmo freio elétrico com o qual todos os trens elétricos estão equipados. Lá também, ao frear, os motores de tração são forçados a trabalhar no modo de geradores, e sua carga são as baterias das resistências de freio no teto. A magnitude da corrente gerada será naturalmente tanto maior quanto mais forte for o campo magnético no qual a bobina móvel se move. Acontece que o que mais poderoso ímã de alto-falante, tem abaixo, outras coisas sendo iguais, seu fator de qualidade. Mas, é claro, como o comprimento do fio enrolado e a largura da lacuna no sistema magnético participam da formação desse valor, seria prematuro tirar uma conclusão final apenas com base no tamanho do ímã . E a preliminar - por que não? ... Conceitos básicos - o fator de qualidade total do locutor é considerado baixo se for inferior a 0,3 - 0,35; alto - mais de 0,5 - 0,6. Volume equivalente A maioria dos alto-falantes modernos são baseados no princípio da "suspensão acústica". Às vezes, os chamamos de "compressão", o que está errado. Cabeças de compressão são uma história completamente diferente, associadas ao uso de cornetas como design acústico. O conceito de suspensão acústica é instalar o alto-falante em tal volume de ar, cuja elasticidade é comparável à elasticidade da suspensão do alto-falante. Nesse caso, verifica-se que paralelamente à mola já na suspensão, outra foi instalada. Nesse caso, o volume equivalente será tal que a mola recém-aparecida seja igual em elasticidade à existente. O valor do volume equivalente é determinado pela rigidez da suspensão e pelo diâmetro do alto-falante. Quanto mais macia a suspensão, maior será o tamanho da almofada de ar, cuja presença começará a incomodar o alto-falante. O mesmo acontece com uma mudança no diâmetro do difusor. Um difusor grande com o mesmo deslocamento comprimirá o ar dentro da caixa com mais força, experimentando assim uma maior força recíproca de elasticidade do volume de ar. É esta circunstância que muitas vezes determina a escolha do tamanho do alto-falante, com base no volume disponível para acomodar seu design acústico. Os cones grandes criam os pré-requisitos para um subwoofer de alta potência, mas também requerem grandes volumes. O argumento do repertório da sala no final do corredor da escola "tenho mais" deve ser aplicado aqui com cautela. O volume equivalente tem relações interessantes com a frequência ressonante que são fáceis de perder sem perceber. A frequência de ressonância é determinada pela rigidez da suspensão e a massa do sistema em movimento, e o volume equivalente é determinado pelo diâmetro do difusor e a mesma rigidez. Como resultado, tal situação é possível. Suponha que haja dois alto-falantes do mesmo tamanho e com a mesma frequência de ressonância. Mas apenas um deles obteve esse valor de frequência devido a um difusor pesado e uma suspensão rígida, e o outro, ao contrário, um difusor leve em uma suspensão macia. O volume equivalente desse par, com toda a semelhança externa, pode diferir muito significativamente e, quando instalado na mesma caixa, os resultados serão drasticamente diferentes. Assim, tendo estabelecido o que significam os parâmetros vitais, finalmente começaremos a escolher um noivo. O modelo será assim - acreditamos que você decidiu, com base, digamos, nos materiais do artigo anterior desta série, com o tipo de design acústico e agora precisa escolher um alto-falante para ele entre centenas de alternativas. Tendo dominado esse processo, o inverso, ou seja, a escolha de um design adequado para o alto-falante selecionado, será dado a você sem dificuldade. Quero dizer, quase sem esforço. caixa fechada Como mencionado no artigo acima, uma caixa fechada é o projeto acústico mais simples, mas longe de ser primitivo, pelo contrário, possuindo, principalmente em um carro, uma série de vantagens importantes sobre os outros. Sua popularidade em aplicativos móveis não diminui, então vamos começar com isso. O que acontece com as características do alto-falante quando instalado em uma caixa fechada? Depende de uma única quantidade - o volume da caixa. Se o volume for tão grande que o locutor quase não percebe, chegamos à opção de uma tela infinita. Na prática, essa situação é alcançada quando o volume da caixa (ou outro volume fechado localizado atrás do difusor, ou, mais simplesmente, o que há para esconder - o porta-malas de um carro) excede três vezes o volume equivalente do alto-falante ou mais. Se essa relação for atendida, a frequência de ressonância e o fator de qualidade total do sistema permanecerão quase os mesmos que eram para o alto-falante. Isso significa que eles devem ser escolhidos de acordo. Sabe-se que o sistema de alto-falantes terá a resposta de frequência mais suave em um fator de qualidade total igual a 0,7. Valores menores melhoram a resposta ao impulso, mas o rolloff começa bem alto na frequência. Em geral, a resposta de frequência adquire um aumento próximo à ressonância e as características transitórias se deterioram um pouco. Se você se concentrar em música clássica, jazz ou gêneros acústicos, um sistema levemente sobreamortecido com um fator de qualidade de 0,5 - 0,7 seria a melhor escolha. Para gêneros mais enérgicos, a ênfase nos fundos, que é alcançada com um fator de qualidade de 0,8 - 0,9, não prejudica. E, finalmente, os amantes do rap serão atraídos para o programa completo se o sistema tiver um fator de qualidade igual ou superior a um. O valor de 1,2 deveria, talvez, ser reconhecido como o limite para qualquer gênero que se diga musical. Também deve-se ter em mente que ao instalar um subwoofer no habitáculo, as baixas frequências aumentam, a partir de uma determinada frequência, devido ao tamanho do habitáculo. Os valores típicos para iniciar a resposta de frequência são 40 Hz para um carro grande como um jipe ou minivan; 50 - 60 para o meio, como um oito ou "lombo"; 70 - 75 para um pequeno, com Tavria. Agora está claro - para instalar no modo de tela infinita (ou Freeair, se não te incomoda que o sobrenome seja patenteado pela Stillwater Designs), você precisa de um alto-falante com um fator de qualidade total de pelo menos 0,5 ou até superior , e uma frequência de ressonância de pelo menos 40 hertz comerciais - 60, dependendo do que você aposta. Tais parâmetros geralmente significam uma suspensão bastante rígida, só que isso salva o alto-falante de sobrecarga na ausência de "suporte acústico" do volume fechado. Aqui está um exemplo - a Infinity produz versões das mesmas cabeças com índices nas séries Reference e Kappa br (reflexo do baixo) e ib (defletor infinito). Os parâmetros Thiel-Small, por exemplo, para uma referência de dez polegadas diferem da seguinte forma:
Pode-se ver que a opção ib em termos de frequência de ressonância e fator de qualidade - pronto para operação "como está", e a julgar tanto pela frequência de ressonância quanto pelo volume equivalente - esta modificação é muito mais difícil que a outra, otimizada para operação em um inversor de fase e, portanto, tem mais chances de sobreviver nas difíceis condições do Freeair. E o que acontece se, sem prestar atenção às letras minúsculas, você dirige para essas condições um alto-falante com um índice que se parece com duas gotas de água br? E eis o seguinte: devido ao fator de baixa qualidade, a resposta de frequência começará a entrar em colapso já em frequências de cerca de 70 - 80 Hz, e a cabeça "suave" desenfreada se sentirá muito desconfortável na extremidade inferior da faixa e sobrecarregando-a aí é fácil. Então concordamos: Para uso no modo "tela infinita", é necessário escolher um alto-falante com alto fator de qualidade total (não inferior a 0,5) e frequência de ressonância (não inferior a 45 Hz), especificando esses requisitos dependendo do tipo de predominante material musical e o tamanho da cabine. Agora sobre o volume "celestial". Se você colocar um alto-falante em um volume comparável ao seu volume equivalente, o sistema adquirirá características significativamente diferentes daquelas com as quais o alto-falante veio para este sistema. Em primeiro lugar, quando instalado em um volume fechado, a frequência de ressonância aumentará. A rigidez aumentou, mas a massa permaneceu a mesma. A bondade também aumentará. Julgue por si mesmo - adicionando a rigidez de um volume de ar pequeno, ou seja, inflexível, para ajudar na rigidez da suspensão, nós, por assim dizer, colocamos uma segunda mola e deixamos o antigo amortecedor. Com a diminuição do volume, o fator de qualidade do sistema e sua frequência de ressonância aumentam da mesma forma. Portanto, se virmos um alto-falante com um fator de qualidade de, digamos, 0,25, e quisermos ter um sistema com um fator de qualidade de, digamos, 0,75, a frequência de ressonância também triplicará. E como é o palestrante aí? 35Hz? Então, no volume certo, do ponto de vista do formato da resposta de frequência, vai ficar 105 Hz, e isso, você sabe, não é mais um subwoofer. Então cabe. Veja, você nem precisa de uma calculadora. Vejamos outro. Frequência ressonante 25 Hz, fator de qualidade 0,4. Acontece um sistema com um fator de qualidade de 0,75 e uma frequência de ressonância em torno de 47 Hz. Bastante digno. Vamos tentar ali mesmo, sem sair do balcão, estimar quanto a caixa vai precisar. Está escrito que Vas = 160 litros (ou 6 pés cúbicos, o que é mais provável). (Aqui eu escreveria uma fórmula - é simples, mas é impossível - prometi). Portanto, para cálculos no balcão, darei uma folha de dicas: copie e coloque em sua carteira se a compra de um alto-falante estiver incluída em seus planos de compras:
Com a gente - cerca de duas vezes, então fica uma caixa com volume de 50 a 60 litros, vai ser um pouco demais ... Vamos para a próxima. E assim por diante. Acontece que, para que um design acústico concebível apareça, os parâmetros do alto-falante não apenas precisam estar em uma determinada faixa de valores, mas também estar vinculados uns aos outros. Pessoas experientes reduziram essa ligação com o indicador Fs/Qts. Se o valor Fs/Qts for 50 ou menos, o alto-falante nasceu para uma caixa fechada. Nesse caso, o volume necessário da caixa será o menor, o menor Fs ou o menor Vas. De acordo com os dados externos, os "reclusos naturais" podem ser reconhecidos por cones pesados e suspensões suaves (o que dá uma baixa frequência de ressonância), ímãs não muito grandes (para que o fator de qualidade não seja muito baixo), bobinas de voz longas (uma vez que o deslocamento do cone de um alto-falante operando em uma caixa fechada, pode atingir valores bastante grandes). Inversor de espaço Outro tipo de projeto acústico popular é um inversor de fase, com todo o desejo ardente no contador que é impossível contar, mesmo aproximadamente. Mas para estimar a adequação da dinâmica para ele - você pode. E falaremos sobre o cálculo em geral separadamente. A frequência de ressonância desse tipo de sistema é determinada não apenas pela frequência de ressonância do alto-falante, mas também pela configuração do inversor de fase. O mesmo se aplica ao fator Q do sistema, que pode mudar significativamente com uma mudança no comprimento do túnel, mesmo com um volume corporal constante. Como o inversor de fase pode ser, ao contrário de uma caixa fechada, sintonizado em uma frequência próxima ou até menor que a do alto-falante, a própria frequência de ressonância da cabeça é "permitida" ser maior do que no caso anterior. Isso significa, com uma boa escolha, um cone mais leve e, conseqüentemente, uma melhor resposta ao impulso, que é o que o inversor de fase precisa, pois sua resposta transitória "inata" não é a melhor, pior que a de uma caixa fechada, em ao menos. Mas é desejável que o fator de qualidade seja o mais baixo possível, não mais que 0,35. Reduzindo isso aos mesmos Fs / Qts, a fórmula para escolher um alto-falante para um bass reflex é simples: Os alto-falantes com um valor Fs / Qts de 90 ou mais são adequados para operação em um inversor de fase. Sinais externos de uma rocha invertida de fase: difusores de luz e ímãs poderosos. Bandpasses (bastante brevemente) As caixas acústicas strip, por todos os seus méritos altos (no sentido de maior eficiência, em comparação com outros tipos) são as mais difíceis de calcular e fabricar, e combinar suas características com a acústica interna de um carro com experiência insuficiente pode transformar em um inferno, então com este tipo Quando se trata de design acústico, é melhor passar por cima das rochas e usar as recomendações dos fabricantes de alto-falantes, embora isso prenda suas mãos. No entanto, se as mãos ainda estiverem desamarradas e ansiosas para tentar: para passagens de banda únicas, quase os mesmos alto-falantes são adequados para inversores de fase, e para duplos ou quase tiras, eles são os mesmos ou, mais desejáveis, cabeças com um valor Fs / Qts de 100 e superior. Como calcular tudo isso já se afastando do balcão - da próxima vez. Autor: Andrey Elyutin, AvtoZvuk; Publicação: avtozvuk.com
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