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Fazendo subwoofers, os segredos dos mestres. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Alto-falantes

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Hora de ver os pianos

Hoje, a transmissão completa do som é impensável sem o componente de baixa frequência do sinal acústico. Portanto, cada vez mais motoristas que não são indiferentes à qualidade do som do carro estão complementando o rádio estéreo e um par de alto-falantes (como diria um instalador americano, “deck e dois”) com alto-falantes que ampliam o som reproduzido variam tanto em direção ao limite superior quanto especialmente ao limite inferior.

Como um sinal de 20 Hz - 150 Hz não tem efeito prático no efeito estéreo, é comum separá-lo em um canal, que é projetado com uma caixa acústica, simplificando assim o projeto do circuito e preservando o espaço do interior do carro. E devido ao fato de que o som na faixa de frequências graves contorna obstáculos, a caixa do subwoofer pode ser colocada em qualquer parte livre do carro. A caixa acústica é feita de diversos materiais: compensado, aglomerado, plástico. Há também artesãos que utilizam madeira de instrumentos musicais.

O projeto acústico de um subwoofer, caso não seja um conjunto de peças prontas de fábrica, geralmente inclui: projeto e cálculo de um sistema acústico para um pedido específico, fabricação de uma caixa acústica e instalação do sistema em um carro . Como o design acústico dos subwoofers exige criatividade, cada instalador mestre encontra a sua própria chave para dar vida a ele. Tendo acordado as questões fundamentais com o cliente, o mestre inicia cálculos detalhados da acústica futura. Dezenas de designs de gabinetes de subwoofer podem ser reduzidos a vários tipos básicos, entre os quais os mais conhecidos são sistemas fechados com fase invertida e sistemas com alto-falantes passivos.

Ao projetar um sistema de alto-falantes subwoofer, geralmente se busca obter uma boa função de transferência, ou seja, uma boa relação entre a pressão sonora que ele cria e o sinal de entrada complexo. As funções de transferência dos três sistemas mencionados são, em princípio, semelhantes à função de transferência de um filtro passa-alta de segunda e quarta ordem, respectivamente, com uma inclinação da resposta amplitude-frequência para baixas frequências de 12 dB por oitava e 24 dB por oitava, e a resposta de frequência final na faixa de frequências operacionais do subwoofer depende das características do alto-falante usado, do filtro cruzado usado, do design e do material da caixa, bem como das capacidades do amplificador de potência. Levando em consideração todas essas características no design acústico do subwoofer, os artesãos se esforçam para reduzir a amplitude de deslocamento do sistema de alto-falantes em movimento e, assim, aumentar o nível de energia elétrica de entrada, bem como a pressão sonora máxima, o que ajudará a reduzir sua sobrecarga. e distorção de sinal.

Para estudar detalhadamente o design, hoje você pode usar programas especiais de cálculo de computador, definindo os parâmetros do subwoofer “na entrada” e obtendo as características recomendadas da caixa do alto-falante “na saída”. Às vezes, para calcular algumas das características volumétricas da caixa, o instalador tem que usar “equivalentes”: se o fabricante do subwoofer der recomendações sobre os tipos de caixas acústicas e seu volume, pode ser difícil calcular o volume do próprio subwoofer, que ou seja, o volume de ar que desloca, devido à complexidade da sua geometria. Alguns instaladores meticulosos às vezes usam alguma substância granular homogênea (não capaz de danificar a superfície do alto-falante, é claro), preenchendo-a e medindo o volume equivalente de ar deslocado.

A caixa acústica é o elemento mais importante de todo o sistema de alto-falantes do subwoofer. Ele não deve apenas ter o volume interno ideal para acomodar o alto-falante e os componentes necessários, mas também ter resistência suficiente - não apenas mecanicamente, mas também acusticamente. O fato é que um subwoofer do tipo dinâmico funciona como uma bomba, comprimindo o ar na frente do difusor e rarefazendo-o pela parte traseira no sentido axial. Neste caso, os valores de pressão em ambos os lados são iguais, mas invertidos em fase, portanto, na ausência ou isolamento insuficiente das superfícies frontal e traseira do alto-falante, ocorrerá um “curto-circuito acústico”. Para evitá-lo, é necessário garantir uma mudança de fase do sinal acústico emitido pela parte traseira do difusor, por exemplo, em metade do comprimento de onda. Isto é conseguido através da instalação de um “painel divisório de som”, geralmente fechado em forma de caixa. Quanto maior for esta divisória (ou maior for o volume da caixa), teoricamente menor será a tonalidade do sinal, que não será fechado acusticamente.

Se o volume do corpo (ou seja, o tamanho da massa de ar nele contida) afeta a altura de sua frequência de ressonância, então a forma do corpo afeta principalmente a formação de ondas estacionárias como resultado da própria ressonância do corpo, que ocorre em uma frequência específica. Para combater a formação de ondas estacionárias, recorrem ao deslocamento do alto-falante do centro da caixa acústica. O mais malsucedido é o formato cúbico do invólucro acústico com o alto-falante localizado a uma distância igual de todas as suas paredes.

Posição do alto-falante em relação às paredes da caixa

O design do gabinete determina em grande parte as características acústicas do sistema de subwoofer, embora os materiais usados ​​em sua fabricação sejam igualmente importantes. Hoje podem ser: madeira, plásticos, vidro orgânico, cerâmica e até concreto. A maioria dos artesãos considera os painéis de partículas de dispersão média (MDF) os mais práticos: eles têm boas propriedades de isolamento acústico, são acessíveis, têm densidade uniforme (ao contrário do compensado multicamadas), alta gravidade específica e também são fáceis de trabalhar. em carpintaria. Deve-se notar também que os artesãos que fabricam sistemas de áudio automotivos competitivos costumam usar materiais exóticos ou transparentes na fabricação de caixas de subwoofer, não por causa de suas propriedades incomuns, mas em busca de originalidade externa ou pelo desejo de demonstrar a estrutura interna do sistema. .

Sistemas fechados

Tamanho ideal dos gabinetes do subwoofer

Sistemas deste tipo apresentam boas características acústicas com simplicidade de design. O volume do gabinete determina os limites da faixa de frequência em que o subwoofer instalado terá desempenho ideal: se o volume for insuficiente para um determinado alto-falante, a pressão dentro do gabinete será maior do que externa, e os tons mais baixos serão atenuado. Com uma diminuição ainda maior no seu volume, a perda do componente de baixa frequência aumentará, e os tons mais altos, ao contrário, serão enfatizados, potencializando o “efeito barril” em vez de graves densos e nítidos. Portanto, se você tiver pouco espaço, é melhor usar um subwoofer menor, como um de 8 polegadas, em vez de sobrecarregar ao máximo o gabinete de um alto-falante de 10 ou 15 polegadas.

Aumentar o volume do gabinete além do recomendado pelo fabricante do subwoofer pode aumentar a saída nas frequências mais baixas, mas o técnico enfrentará problemas ainda maiores ao instalá-lo no carro. O gráfico acima caracteriza os tamanhos de gabinete ideais recomendados para subwoofers de vários diâmetros.

Sistemas de inversão de fase

Em busca de esquemas de design acústico mais eficazes para alto-falantes de baixa frequência, há décadas os artesãos começaram a usar caixas com reflexos de graves e vários tipos de dutos de ar acústicos. O interesse por eles aumentou especialmente nos últimos anos, com o desenvolvimento dos equipamentos de alta fidelidade, pelo fato de permitirem ampliar a gama de frequências reproduzidas. Alguns construtores acham que vale a pena o esforço extra para ir além do design fechado e obter desempenho de baixa frequência.

Em invólucros de fase invertida, são utilizados tubos cilíndricos ou retangulares, geralmente sintonizados em uma frequência específica. O projeto acústico de um subwoofer utilizando tais gabinetes exige muito conhecimento teórico e experiência do instalador, pois para se obter uma boa função de transferência é necessário coordenar, por exemplo, fatores como a influência mútua da resistência à radiação do difusor e do tubo bass reflex através de uma massa de ar que oscila mutuamente.

Erros, por exemplo, no cálculo do fator de qualidade, bem como no projeto e ajuste do bass reflex, são a razão pela qual o sistema de alto-falantes “resmunga” ou os graves ficam “manchados”. E mesmo que o tubo bass reflex esteja sintonizado na frequência necessária, ele pode se tornar uma fonte de distorção não linear se, por exemplo, a velocidade volumétrica do ar nele exceder a permitida (não deve exceder 5% da velocidade de som): neste caso, o fluxo de ar torna-se turbulento. A sensibilidade da função de transferência (pressão sonora) do sistema bass reflex à desafinação da frequência do bass reflex é muito alta e após a montagem final pode ser necessário fazer ajustes finos.

Ao avaliar a eficiência e a qualidade do som de um sistema de subwoofer específico, os profissionais costumam usar a análise do nível de pressão sonora, por exemplo, em bandas de um terço de oitava da sua faixa de frequência operacional. Para medir este nível e outras características importantes do sistema de subwoofer acabado, você pode usar ferramentas de análise em tempo real (consulte "12 Volt Master" No. 3 de 1997). A legitimidade das avaliações subjetivas feitas por especialistas em áudio também é reconhecida.

Caixas pesadas para graves leves

Isso não quer dizer que seja extremamente difícil fabricar uma caixa ou alto-falante para um subwoofer de carro. Se você seguir as instruções e recomendações de especialistas, mesmo com um conjunto limitado de ferramentas manuais, um artesão competente será capaz de fazer um sistema acústico de alta qualidade. Conforme observado acima, os artesãos costumam usar aglomerado de MDF, que possui as propriedades mecânicas e acústicas necessárias. O compensado multicamadas é usado com menos frequência. Dependendo da habilidade do artesão em carpintaria, pode ser difícil para ele serrar e ajustar as superfícies da caixa nos cantos. É especialmente difícil conseguir uma conexão de alta qualidade usando apenas ferramentas manuais. A junta de superfícies em “cauda de andorinha”, “popular” na fabricação de tais estruturas, não é adequada, uma vez que a maioria dos painéis de aglomerado, como o compensado multicamadas, não possuem a resistência mecânica necessária da estrutura da composição adesiva e do enchimento de partículas . A figura mostra alguns tipos de juntas de canto utilizadas na fabricação de caixas para sistemas de subwoofer automotivos.

A Visão do Mestre

Victor Polyakov, empresa "Jogo Russo"

Vimos na prática que os clientes que valorizam a qualidade do som de um sistema de áudio automotivo preferem designs bass reflex, apesar dos custos adicionais. Além disso, os fabricantes de subwoofers facilitam nossa tarefa com recomendações para cálculo de gabinetes, tubos e frequências de corte de crossover.

Também garantimos que o uso de materiais de alta qualidade para invólucros acústicos seja justificado. Usamos painéis de partículas finas Jamo. Para subwoofers, uma placa em polegadas é ideal, que não só é durável e fácil de processar, mas também possui boas propriedades acústicas sem exigir tratamento de superfície adicional. Para a decoração interior é utilizada espuma de borracha especial e, para a completude geral do design, as caixas são revestidas com carpete e materiais especiais acusticamente transparentes.

A nossa empresa dispõe hoje de uma gama completa de cores para estes materiais, sendo importante que o cliente esteja melhor informado sobre as capacidades e opções disponíveis para a acústica do seu automóvel.

Dmitry Gurinovich, empresa "Remers-Center"

Muitos clientes tendem a economizar cem ou dois em materiais para acústica de automóveis, então descobrimos que você pode usar com sucesso compensado multicamadas de 20 mm e aglomerado de 15 mm para a fabricação de caixas de subwoofer, especialmente porque hoje você pode usar plástico quente, especial cola acústica ou cola Flex, que fixa muito bem e cria uma vedação hermética. O revestimento vinílico confere boa aparência e estanqueidade, o que é importante para as condições do carro. Acreditamos que esta suficiência ideal é a abordagem correta. Quando recebemos um pedido muito caro, utilizamos madeira maciça.

Em geral, a escolha dos materiais depende diretamente da situação financeira do cliente.

Sergey Dudyrev, SV Art Company

Ao calcular as caixas, primeiro você precisa ter em mente qual alto-falante deve ser colocado na caixa. Não é segredo que o fabricante completa seus produtos com uma descrição das características técnicas, que deve indicar os parâmetros, digamos, dos mesmos alto-falantes. É claro que isso simplifica muito o trabalho do instalador. Algumas empresas fabricantes de acústica oferecem diferentes opções de configuração de caixas para obter diferentes cores de som no mesmo alto-falante. Esta é uma grande vantagem quando se trabalha com um cliente que tem certas preferências musicais.

Se, durante o processo de instalação, você tiver que lidar com um alto-falante cujos parâmetros são desconhecidos antecipadamente ou requerem uma nova verificação mais precisa, então esses dados necessários podem ser obtidos por suas próprias medições - usando um gerador de som. Acredita-se que este método seja mais preciso, mas é mais trabalhoso e, consequentemente, requer maiores custos de material e tempo.

Em princípio, para qualquer alto-falante é possível fabricar uma caixa de qualquer configuração. Não existem restrições estritas - tudo depende dos objetivos perseguidos pelo instalador. Tomemos como exemplo uma caixa fechada comum. Dado o seu pequeno volume, o amortecimento do alto-falante é muito alto e, portanto, é capaz de suportar alta potência. No entanto, quando o volume é aumentado, pode ocorrer um boom. Ao aumentar o volume da caixa, reduzimos o ruído, mas ao mesmo tempo diminui o limite da potência fornecida. Normalmente projetamos caixas nas quais o alto-falante emite uma quantidade razoável de energia sem zumbir.

Fabricamos caixas em compensado multicamadas de alta qualidade. Além disso, para obter a melhor qualidade, fazemos as paredes da caixa com duas camadas de compensado de 10 mm unidas com uma cola especial. Assim, a espessura da parede é de pelo menos 20 mm; para um alto-falante de 10 polegadas, o mínimo aceitável é 15 mm. O interior das paredes de compensado deve ser revestido com material absorvente de som.

O formato trapezoidal da caixa não foi escolhido por acaso. Esta configuração permite eliminar imediatamente algumas direções de ondas estacionárias. É desejável que as paredes da caixa não sejam paralelas, para que o trapézio nos sirva muito bem. Além disso, este formato da caixa é mais justificado pela configuração do porta-malas do carro.

Publicação: cxem.net

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