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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Design acústico com software JBL Speakershop. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Alto-falantes O design acústico, ou caixa, que você escolher para o subwoofer será o fator determinante para obter um som de alta qualidade na região de graves de baixa frequência." Da descrição da JBL de "Subwoofers para carro". Passe algum tempo discutindo sobre o que é e por que um subwoofer precisa de design acústico e, consequentemente, de software para seu cálculo (ver "12 Volt Master" N 1/97, p. 52, N 5/97, p. 18, N 1/ 98, p. 62), provavelmente não é necessário. Passemos imediata e diretamente ao assunto em consideração - o software de computador SPEAKERSHOP, elaborado por especialistas da JBL para o desenvolvimento e cálculo dos parâmetros do design acústico de subwoofers. Façamos desde já uma reserva que o programa funcionará bem em relação à acústica doméstica, mas este não é o nosso caso, e que permite fazer cálculos não só para colunas JBL, mas na verdade para uma grande variedade de produtos - mesmo que apenas o os valores das características necessárias eram conhecidos. JBL SPEAKERSHOP é um software até certo ponto conhecido pelos instaladores russos. Ele os alcançou de várias maneiras, inclusive pela Internet. Este ano, a JBL tem um distribuidor exclusivo da seção de áudio automotivo na Rússia - MMS. Agora o SPEAKERSHOP está disponível para todos, e os clientes MMS recebem sua versão original junto com uma descrição detalhada em russo. O SPEAKERSHOP é composto por duas partes independentes e complementares: Módulo Enclosure - para cálculo do projeto acústico e Módulo Crossover - para cálculo dos parâmetros dos filtros de separação. Então, vamos começar em ordem. Módulo de gabinete Este software ajuda a determinar o volume e as dimensões do gabinete e a avaliar a qualidade do som. O projeto é analisado em duas etapas. O primeiro passo é determinar como será o desempenho em níveis normais de audição. Este procedimento é chamado de análise de pequenos sinais e inclui o cálculo da resposta de amplitude (frequência), resposta de impedância da bobina de voz, resposta de fase e atraso de grupo. Em segundo lugar, o modo de volume máximo é simulado para a estrutura. Esta etapa é chamada de análise de sinais grandes e inclui padrões de potência termoacústica na faixa de frequência média e características de potência máxima em várias excursões. Duas maneiras de usar o programa Existem duas maneiras de projetar gabinetes usando o programa SPEAKERSHOP Enclosure Module. Um deles envolve projetar um gabinete para determinados alto-falantes selecionados. Ao mesmo tempo, as características do caso variam. Outra maneira é encontrar alto-falantes adequados para o seu gabinete existente: você seleciona modelos de alto-falantes. O método de design pode ser selecionado usando o comando Variável no menu Opções. Quando o programa SPEAKERSHOP Enclosure Module é iniciado pela primeira vez, é definido o modo padrão no qual os parâmetros a serem alterados são as características do design acústico.
A planilha contém colunas para projetar seis casos. Os três primeiros destinam-se ao cálculo de gabinetes com bass reflex - para designs ideais e personalizados (ou seja, projetados pelo próprio mestre) e para gabinetes projetados para uma banda de frequência específica. A próxima coluna é para um design de gabinete de radiador passivo personalizado. As duas últimas colunas são para design ideal e personalizado para gabinetes do tipo fechado. Como a planilha mostra diferentes tipos de designs ao mesmo tempo, você pode compará-los facilmente. As configurações dos alto-falantes são mostradas na área inferior esquerda da planilha. O gráfico abaixo é o mesmo para ambos os métodos. O modo quando o valor da variável é o próprio alto-falante é definido usando o comando Variable-Loudspeaker no menu Opções. Isto ocorre caso você selecione alto-falantes adequados para um gabinete existente. O modo é muito cómodo para calcular os sistemas de reprodução de som dos automóveis, quando é necessário seleccionar um altifalante para um volume estritamente especificado, pois permite verificar rapidamente o funcionamento de vários sistemas acústicos diferentes numa determinada caixa ou num determinado espaço limitado. O modo de alto-falante variável usa um tipo diferente de menu de planilha. Em vez de mostrar seis designs de gabinete diferentes, como é feito no modo Variable-Box, seis alto-falantes diferentes são mostrados simultaneamente. Isto torna possível comparar rapidamente até seis modelos diferentes. Opções de alto-falante Se você ainda é novo no projeto de gabinetes acústicos ou está com pressa e deseja inserir apenas os parâmetros mínimos necessários para projetar o gabinete, selecione a opção Parâmetros mínimos no menu Alto-falante. Aparecerá uma janela na qual você poderá inserir os parâmetros mínimos, incluindo o nome do fabricante (Fabricante), nome do modelo (Modelo), Fs, Vas e Qts. A eficiência ou sensibilidade nominal precisam ser inseridas apenas ao projetar gabinetes com reflexo de graves. Para inserir parâmetros completos (mecânicos, elétricos, combinados), selecione o comando apropriado. Abaixo fornecemos uma breve explicação das designações dos parâmetros. Parâmetros mecânicos Fs - Frequência de ressonância natural do alto-falante (Hz). QMS - O fator de qualidade do alto-falante na frequência Fs, quando são levadas em consideração suas perdas ou atenuações mecânicas (não eletromagnéticas). Vas - Um volume de ar com elasticidade equivalente à da montagem do alto-falante (pés cúbicos ou polegadas, ou litros). cms - Coeficiente de conformidade mecânica da suspensão (polegadas por libra ou milímetros por Newton). MMS - Massa mecânica do difusor tendo em conta a carga aerodinâmica (onças ou gramas). rms - Resistência mecânica na suspensão do alto-falante (libras por segundo ou quilogramas por segundo). Natal - A amplitude linear máxima ou de pico da bobina de voz do locutor (polegadas, centímetros ou milímetros). Normalmente definida como a distância que uma bobina pode percorrer em uma direção enquanto ainda é capaz de manter um número constante de oscilações na lacuna do ímã. Este parâmetro determina a amplitude máxima de oscilações nas quais a distorção não aparece. Sd - “Área do pistão/cone” do alto-falante (polegadas quadradas ou centímetros quadrados). Representa a área da parte móvel do alto-falante. Dia - "Diâmetro do pistão" (polegadas ou centímetros). Opções Combinadas Qts - Fator de qualidade do alto-falante para o valor de frequência Fs, levando em consideração todas as perdas eletromagnéticas e mecânicas. ho - A eficiência nominal do alto-falante com carga acústica de metade do volume (o refletor está localizado no infinito). A eficiência é inserida como uma porcentagem. SPL - Sensibilidade nominal do alto-falante com carga acústica de metade do volume (o refletor está localizado no infinito). Inserido em decibéis. A sensibilidade é medida ao longo do eixo a uma distância de 1 metro quando 1 W de energia elétrica é aplicado ao alto-falante. Como muitos fabricantes testam seus alto-falantes com uma tensão fixa de 2,83 V em vez de 1 W, há uma opção de 2,83 V na janela Full Loudspeaker Parameters. Parâmetros elétricos perguntas - Q dinâmica para o valor de frequência Fs. Permite apenas perdas eletromagnéticas (não mecânicas) ou amortecimento de vibrações. Re - Resistência DC da bobina de voz (Ohm). Le - Indutância da bobina de voz (milihenry). Z - Impedância eletromagnética nominal do alto-falante (geralmente 8 ou 4 ohms). BL - Potência do motor do alto-falante (newton/amp, medidor/tesla, libra/amp ou pés/tesla). Pe - Potência elétrica máxima (W) termicamente limitada que o alto-falante pode suportar. Normalmente representa a potência elétrica máxima sem causar a queima da bobina de voz. Banco de dados de alto-falantes O banco de dados armazena os valores de todas as características necessárias de um grande número de alto-falantes de diversos fabricantes. O “setor do fogo” é muito amplo; a título de ilustração, basta listar várias empresas desde o início da lista: A&S Speakers, Acoustic Research, AcousticPro - e no final: Xtasy Audio, Yamaha, Zachry. Claro, se você não encontrou o modelo que procura, poderá adicioná-lo, junto com suas características, ao banco de dados, aumentando as informações nele contidas. Além disso, se você tiver a oportunidade de medir as características de amplitude-frequência do alto-falante em uma tela de teste especial ou obter esses dados do fabricante, existe a opção de inserir valores experimentais ponto por ponto. É claro que a adição de dados experimentais aumentará a precisão dos resultados do cálculo. O programa também permite a seleção automática de modelos de alto-falantes que atendam a condições pré-especificadas. Basta determinar a faixa de valores Fs e Qts - e o programa oferecerá instantaneamente uma série de modelos adequados ao design acústico selecionado. Caixas acústicas e seus parâmetros 1. Inversor de fase O objetivo de otimizar o design de um gabinete com bass reflex é selecionar um volume que forneça a resposta de amplitude mais uniforme e suave na faixa de frequências de sintonia da porta bass reflex.
1) Um sistema com grande resposta de graves e um sistema com resposta de frequência de graves “mais suave”; 2) Sistema insuficientemente amortecido (o volume da caixa é pequeno) e sistema superamortecido (o volume da caixa é grande) As vantagens deste projeto são maior resposta de média e baixa frequência, menos distorção devido à menor amplitude do cone, maior eficiência e menor custo geral. O design do gabinete com bass reflex é relativamente sensível a mudanças nos parâmetros do alto-falante. Nesse caso, alto-falantes com Qts bastante baixos (de 0,2 a 0,5) funcionam melhor. Os designs de gabinetes Bass Reflex permitem uma frequência de ressonância (Fs) significativamente mais alta, bem como o uso de bobinas de voz com tons de enrolamento mais curtos (Xmax baixo) e suspensão mais rígida (Vas pequeno) do que os designs de gabinete fechado. Reduzir o tamanho de um gabinete bass reflex exigirá Qts e Vas mais baixos. 2. Design Band-Pass (uma caixa com um dispositivo bass reflex projetado para alocar uma banda de frequência específica) Band-Pass é um design de caixa que permite controlar a resposta de amplitude nas frequências inferiores e superiores graças ao uso de uma caixa de câmara dupla. Além disso, os alto-falantes estão localizados dentro do gabinete. (Se houver mais de um alto-falante, podem ser usadas caixas com três câmaras, etc.)
O design Band-Pass significa que você pode usar alto-falantes com um valor Q mais alto (ímãs menores) do que alto-falantes usados com outros designs de gabinete bass reflex. Ele fornece menor distorção (a distorção de alta ordem é filtrada), maior eficiência em toda a banda de frequência operacional e praticamente não requer filtro passa-baixa. As desvantagens do Band-Pass incluem ressonância de “tubo de órgão” de alta ordem para a porta, que determina o corte dos valores de frequência superiores, bem como a complexidade do projeto. O design Band-Pass é muito sensível ao valor Q do alto-falante. Os designs de 4ª ordem funcionam melhor com alto-falantes que possuem Qts próximos a 0,4, e os designs de 6ª ordem funcionam melhor com alto-falantes que possuem Qts próximos a 0,5. Em geral, quanto maior o Qts, mais estreita é a banda de frequência. Quanto menor o Qts, mais amplo ele é, mas ao mesmo tempo a irregularidade das características na banda de frequência operacional também aumenta. Os coeficientes Vas e Cms não têm muita influência no projeto. 3. Design acústico com radiador passivo (emissor) Um radiador passivo (semelhante a um alto-falante normal, mas sem o sistema magnético e a bobina de voz) atua como porta da caixa. Por esta razão, um invólucro de radiador passivo em muitos casos se comporta de forma semelhante a um invólucro de reflexo de graves.
As vantagens de um design de gabinete com radiador passivo são as mesmas de um gabinete com bass reflex, além da possibilidade de utilizar um gabinete menor, que, no entanto, nem sempre pode acomodar uma porta do tamanho necessário. Isto garante que a re-irradiação do ruído interno da caixa seja minimizada e a amplitude do cone do alto-falante seja reduzida na área abaixo da ressonância do sistema. A última vantagem resulta da capacidade do radiador passivo de suportar a carga do alto-falante em frequências muito baixas. As desvantagens do design do gabinete com radiador passivo incluem, como seria de esperar, as desvantagens do gabinete com reflexo de graves mais resposta transitória pobre na frequência de ressonância do radiador passivo (Fp). Um radiador passivo normalmente requer maior movimento linear do cone do que um woofer. A complexidade do design é, obviamente, também uma desvantagem. 4. Caixa fechada As vantagens do design de gabinete fechado são sua simplicidade e seu tamanho geralmente pequeno. Os desvios nas características dos alto-falantes geralmente têm menos impacto na qualidade do som. Uma resposta de amplitude mais plana e a capacidade de uso com amplificadores de alta potência (já que os alto-falantes não são descarregados em baixas frequências, como acontece ao trabalhar com gabinetes bass reflex) também são uma vantagem. As desvantagens do design do gabinete fechado são a menor eficiência do que quando se usa um gabinete com bass reflex. Normalmente, em um design fechado, alto-falantes com fator de qualidade superior a 0,3, baixo valor de Fs e altos valores de Xmax e Vas têm bom desempenho. A redução do volume da caixa exigirá valores mais baixos do fator de qualidade Qts e Vas.
Sistema insuficientemente amortecido (o volume da caixa é pequeno) e sistema superamortecido (o volume da caixa é grande) Abaixo estão os parâmetros das caixas acústicas utilizadas nos cálculos. Vb - O volume interno da caixa. F3 - Frequência nominal (Hz) a meia potência -3 dB. É um ponto localizado 3 dB abaixo do joelho da característica de amplitude, no qual a resposta de frequência começa a declinar na região de baixa frequência. Fb - Frequência de ressonância para um caso com bass reflex (Hz). QL - O valor do fator de qualidade do caso é a soma de todas as perdas. Caixas com volume inferior a 11 pés cúbicos (311 litros) normalmente têm um valor de QL próximo de 7. Caixas com volumes maiores têm um QL de aproximadamente 5. vapor - Um volume de ar com elasticidade equivalente à de uma suspensão passiva de radiador (pés cúbicos ou polegadas, ou litros). Fp - Frequência ressonante natural do radiador passivo (Hz). qtc - O valor do fator de qualidade para o caso de um tipo fechado. Dv - O diâmetro ou área da seção transversal de uma porta ou duto em uma caixa bass reflex. Lv - O comprimento da porta ou duto em uma caixa com bass reflex. Gráficos de saída
Neste programa você pode acessar seis gráficos de diversas características. Estes são gráficos de: resposta amplitude-frequência normalizada (frequentemente chamada de resposta de frequência ou amplitude), resposta de amplitude quando um sinal de 2,83 V é aplicado à entrada, potência sonora máxima, características de resistência da bobina de voz, atrasos de fase e de grupo. Nota especial
"Protuberância" característica devido à função de transferência da cabine Esta observação diz respeito à função de transferência do interior do carro. A peculiaridade é que as características de amplitude-frequência calculadas do sistema, exibidas pelos gráficos resultantes, dependem muito seriamente do carro específico (tamanho, design, etc.) no qual todo o sistema de alto-falantes de graves será colocado. O gráfico acima demonstra que o interior de um carro leva a mudanças significativas na resposta de frequência com a liberação de uma “corcunda” em frequências na faixa de 30-50 Hz. A questão da função de transferência da cabine foi considerada no "Master 12 Volt" N 1/98, e os resultados das medições experimentais são apresentados no próximo artigo da mesma edição da revista. Na maioria dos programas de cálculo, a função de transferência é considerada algum tipo de média universal, e o SPEAKERSHOP não é exceção nesse aspecto. Embora seja fornecida uma entrada ponto a ponto da função de transferência medida experimentalmente. A opção de utilizar dados experimentais pode aumentar significativamente a precisão dos cálculos. Bem, se não houver tais dados, então na questão do que acontecerá com as características de amplitude-frequência dos graves em vários modelos de carros, Suas Majestades a experiência e a intuição do instalador vêm em primeiro lugar. Módulo Crossover Este software permite calcular sistemas de crossover passivo de duas e três vias da primeira (6 dB/oitava) à quarta (24 dB/oitava) ordem e vários tipos de filtros: Bessel, Butterworth, Chebychev, Gaussiano, Legendre, Linear -Fase e Linkwitz-Riley.
Como resultado dos cálculos, aparecerá na tela do monitor um diagrama elétrico do sistema crossover selecionado pelo usuário, indicando as características exatas de seus elementos.
Como resultado dos cálculos, aparecerá na tela do monitor um diagrama elétrico do sistema crossover selecionado pelo usuário, indicando as características exatas de seus elementos. Publicação: cxem.net
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