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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Subwoofer para carro. Parte 3. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Alto-falantes Som no fim do túnel “Volodya, se você estiver no armazém, pegue as portas para as fases...” (ouvido em um dos estúdios de instalação de Moscou) (Quando o AutoZvuk ainda era pequeno e estava sob a proteção do Salon AV, as duas primeiras partes da trilogia sobre subwoofers foram publicadas - cerca de o que esperar de diferentes tipos de design acústico e como escolher caixa de som fechada. Uma parcela significativa daqueles que, contemplando a vida, decidiram tratar com compreensão o armamento baixo de seu carro, poderiam, em princípio, conviver com isso. Mas nem todos. Porque existe pelo menos mais um tipo de design acústico extremamente popular, que não é inferior em popularidade a uma caixa fechada. (Bass reflex na literatura russa, bass reflex, caixa portada, caixa ventilada - em inglês - tudo isso é, na verdade, uma implementação de engenharia de som da ideia do ressonador Helmholtz. A ideia é simples - um volume fechado está conectado ao espaço circundante usando um buraco contendo uma certa massa de ar. É isso a existência dessa massa - aquela mesma coluna de ar que, segundo Ostap Bender, pressiona qualquer trabalhador e faz milagres quando o ressonador Helmholtz é contratado para funcionar como parte de um subwoofer.Aqui, uma coisa sofisticada que leva o nome do físico alemão adquire o nome prosaico de túnel (em porto burguês ou respiradouro). Como funciona um reflexo de graves? Por que a presença de um orifício bem feito de determinado tamanho no corpo do alto-falante de repente tem um efeito dramático no trabalho de todo o conjunto? Como já foi mencionado, de passagem, nas partes anteriores desta tela épica, o túnel bass reflex serve para, após atrasar por um tempo estritamente definido, a onda sonora que surge dentro da caixa do alto-falante, liberá-la para fora na mesma fase que aquela criado pelo lado “frontal” do alto-falante. Aqui, na natureza, eles combinarão seus decibéis e atingirão seus ouvidos (se calculados corretamente) para que não pareçam muito pouco. Na verdade, é por isso que eles amam o bass reflex - por sua maior eficiência em comparação com uma caixa fechada. Mas não só. A força bruta não é um argumento, a menos que seja apoiada pela precisão da reprodução do sinal. O que se entende aqui é outra característica muito menos trivial do reflexo de graves - sua capacidade de produzir a pressão sonora necessária com uma amplitude de vibração significativamente menor do difusor. Isto parece um tanto paradoxal. Todo mundo sabe que é a presença de um volume fechado atrás do difusor que restringe as vibrações do difusor, então por que elas parecerão repentinamente menores em uma caixa “com vazamento”? E por causa da missa, como foi dito. O orifício no corpo do conversor de fase é, portanto, feito como um túnel bastante longo - em outras palavras, um tubo para manter uma certa massa de ar em seu interior. Em frequências relativamente altas, acima de 200 Hz, a inércia da massa de ar no túnel faz com que ele seja acusticamente completamente opaco. É como se estivesse completamente bloqueado.
Com frequência mais baixa, o tampão de ar no túnel começa a ganhar vida e a se mover, à medida que é empurrado por trás pela pressão pulsante dentro da caixa. A inércia da massa de ar faz com que ela não se mova no tempo da onda que atua sobre ela, mas com algum deslocamento. Esse deslocamento chega a 180 graus de fase, ou seja, passa a ser antifásico à onda sonora que emana da parte traseira do difusor em uma determinada frequência, que é chamada de frequência de sintonia do reflexo de graves.
Aqui, quase todos os esforços do alto-falante vão para balançar a massa de ar intratável dentro do túnel, de modo que não sobra quase nada para as vibrações naturais e a amplitude de vibração do difusor é mínima. (E o som está chegando, e que som! Só que nessa frequência quase tudo vem do túnel). E como são as grandes amplitudes de vibrações do difusor que dão origem às distorções perceptíveis ao ouvido, a situação em termos sonoros é a mais favorável. Ainda mais baixa em frequência, as coisas, no entanto, começam a mudar para pior. Para oscilações muito lentas de baixa frequência, a massa de ar no túnel não tem mais inércia e a parte traseira do difusor a bombeia para frente e para trás como uma bomba .
Neste caso, surge uma situação como se o alto-falante não estivesse instalado na caixa, ou seja, as ondas da parte traseira do difusor e da parte frontal se encontram em antifase e se comem em grande parte, como em um normal curto-circuito acústico. É por isso que, abaixo da frequência de sintonia, a saída do bass reflex cai duas vezes mais rápido que a de uma caixa fechada. Porém, outra coisa é pior - o difusor não desacelera mais nada e a amplitude de suas oscilações em frequências muito baixas começa a crescer simplesmente catastroficamente. Os filtros subsônicos encontrados em alguns crossovers e amplificadores, geralmente puro-sangue, são feitos quase exclusivamente para neutralizar esse mau hábito de reflexos graves. Então, o que exatamente obtemos ao escolher um bass reflex como design acústico para o nosso projeto? ((Quero avisar desde já que é possível calcular um reflexo baixo sem programas de computador projetados para isso e existem fórmulas de cálculo e nomogramas para isso. Porém, no limiar do terceiro milênio, não posso classificar tais métodos como qualquer outra coisa do que o masoquismo. Aqui está uma imagem que explica (quase) tudo. Foi levado um alto-falante de 10 polegadas, seus parâmetros adequados para instalação em um bass reflex, e as características que seriam obtidas quando instalado no bass reflex ideal para ele (20 l, sintonizado em 42 Hz) e uma caixa fechada do mesmo volume foram simulados.
A parte superior das duas curvas pretas é, obviamente, nossa. Em comparação com uma caixa fechada, a resposta é significativamente maior em toda a banda de frequência abaixo de cerca de 150 Hz. O que significa "essencialmente"? Dê uma olhada: em uma frequência de, digamos, 60 Hz, a diferença é de cerca de 4 dB. E isso equivale a aumentar a potência do amplificador em 2,5 vezes. Ou seja, com um modesto amplificador de 100 watts, tal sub tocará como se 250 watts fossem fornecidos a ele. Pelo mesmo dinheiro. Mas das curvas vermelhas que representam a dependência da amplitude das vibrações do difusor em relação à frequência, a nossa é a mais baixa. Justamente onde está concentrada a maior parte da energia dos graves - abaixo de 100 Hz, a amplitude começa a cair e permanece muito menor do que a de uma caixa fechada, embora a pressão sonora gerada seja duas vezes maior! Numa caixa fechada, a amplitude das oscilações aumenta de forma constante e, quando aplicada a potência indicada como máxima, ultrapassa a faixa de operação (linha pontilhada vermelha) já em 70 Hz, e abaixo disso é um desastre. É aqui que serão gerados os sons sibilantes familiares que acompanham as notas graves. Com um reflexo de graves, a graça com amplitudes continua até cerca de 30 Hz, e aí a amplitude começa a crescer irreprimivelmente. No entanto, quase não há mais som lá, então o significado direto é “estrangular” esta parte do espectro com um filtro subtonal (se houver) e desfrutar de eficiência de impacto com um mínimo de distorção na faixa de áudio real. "Ótimo!" - exclamará o leitor impaciente e faminto por decibéis, feche estas páginas e vá imediatamente consertar os buracos em seu próprio subwoofer. Camarada, pare! Veja o que pode acontecer a seguir. Vamos deixar tudo inalterado, tirar o alto-falante antigo da nossa caixa de 20 litros e instalar outro - projetado para funcionar especificamente em caixa fechada.
Seu desempenho em uma caixa nativa fechada - a inferior do gráfico - foi muito bom. E depois de convertê-lo em bass reflex, ele ficará como o top, ou seja, dará um “pop” pronunciado entre 50 e 100 Hz. Foi como resultado da criação de tais combinações que os reflexos graves receberam ao mesmo tempo o apelido ofensivo de boom-box (“booze”), que mais tarde foi usado, desta vez com razão, para algum tipo de rádio portátil. Qual foi a diferença entre os dois alto-falantes? Em dois parâmetros que devem estar em certa harmonia para um determinado projeto acústico, caso contrário todos que soam aqui perderão as esperanças, por assim dizer. Esses parâmetros são a frequência de ressonância Fs e o fator de qualidade total Qts. Para o “alto-falante fechado” foram Fs = 25 Hz, Qts = 0,4. E para o alto-falante “bass reflex” - 30 Hz e 0,3. Parece que a diferença não é tão grande, mas os resultados são significativamente diferentes. A energia O parâmetro banda passante foi inventado na época em que Fs/Qts mostra imediatamente quem é quem: seu valor para o primeiro alto-falante é 62,5 e para o segundo - 100. A regra é simples - se Fs/Qts for visivelmente menor que 100 - esqueça a palavra "reflexo baixo". Se estiver próximo ou mais - lembre-se novamente e esqueça a caixa fechada. Na região de 90 - 100 existe uma “zona crepuscular”, onde, com certas concessões, você pode usar ambos. Mas o que acontece se você insistir por conta própria e colocar o alto-falante em um design incomum para ele? Vamos tentar, felizmente enquanto o drama se desenrola no papel e na tela do computador, ou seja, “com poucas perdas, em território estrangeiro”. Para começar, colocamos o “alto-falante bass reflex” em uma caixa fechada e tentamos variar o único parâmetro que temos – o volume desta caixa.
Existem três curvas no gráfico. A queda mais plana é o resultado da instalação em uma caixa com volume de 50 litros, a queda mais acentuada abaixo de 100 Hz é o resultado da instalação em uma caixa com volume de 10 litros. E no meio está a nossa característica original em um volume de 20 litros. Vemos: o volume muda de indecentemente pequeno para impraticavelmente grande, mas não surge uma boa característica - ou começa a cair muito cedo ou cai muito rapidamente.
Um alto-falante projetado para uma caixa fechada, como pode ser visto no gráfico a seguir, tem a oportunidade de atingir o nível ideal (curva intermediária) ou “cortar” o volume, obtendo assim uma característica de “zumbido” bastante perceptível (a curva superior obtido em um volume de 10 litros). E o contrário? É possível, ao instalar um alto-falante “fechado” em um bass reflex, ajustá-lo de forma a obter uma resposta de frequência uniforme? Teoricamente, sim, felizmente, com um bass reflex, você pode ajustar a frequência em um volume constante alterando o diâmetro e o comprimento do túnel (na prática, sempre o comprimento, claro). Iniciamos o experimento com a curva superior, absolutamente terrível (volume 20 litros, frequência de sintonia 50 Hz) e, aos poucos, reconstruindo o bass reflex, de repente, na frequência de sintonia de 20 Hz, percebemos que chegamos a um ponto muito bom curva (inferior no gráfico).
Ops, vamos agora descobrir qual túnel é necessário para isso - e vá em frente! Depois de meio segundo de tempo de computador, descobrimos que para sintonizar um volume de 20 litros a uma frequência de 20 Hz, é necessário um túnel com diâmetro de 75 mm e comprimento de 1 m 65 cm. Ou seja, o altura de uma senhora em miniatura, e não do tamanho de uma peça compacta de subwoofer. Mas um alto-falante “bass reflex” permitirá que você ajuste a frequência com o mínimo de incômodo (empurre o tubo para dentro - puxe o tubo para fora), não pior do que usar um equalizador. O gráfico mostra os resultados dessa atividade na faixa de frequência de sintonia do túnel de 35 a 52 Hz, o que exigia um comprimento de túnel de 190 a 400 mm - não se sabe o quê, mesmo no valor mais alto.
Na próxima parte da saga sobre subwoofers (claro, não a última - o tema não tem limites, e Deus é misericordioso e, talvez, prolongará os anos do autor), abordaremos diretamente a questão da implementação prática de o plano - para quem quer fazer sozinho ou para quem quer distinguir o trabalho de um instalador competente dos esforços de um hacker ignorante. Concordo - mesmo viajando de táxi, é útil saber que o caminho de Sokolniki a Izmailovo passa de alguma forma longe de Chertanovo... Autor: Andrey Elyutin, AvtoZvuk; Publicação: avtozvuk.com
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