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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Sobre a distorção das características de frequência de sistemas acústicos de pequeno porte e "graves profundos". Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Alto-falantes Todo radioamador que já construiu sistemas acústicos (AS) por conta própria sabe que mesmo na execução exata do projeto, as recomendações dos autores do projeto nem sempre levam ao resultado desejado. Por toda a complexidade ou simplesmente impossibilidade de avaliar a qualidade dos alto-falantes caseiros em casa, exceto "de ouvido", os autores dos projetos muitas vezes não fornecem métodos para avaliar seus projetos ou recomendações para seu uso (colocação e conexão de caixas de som). Acontece que após a repetição da próxima "obra-prima", quando a alegria de terminar o trabalho passa, começa um período de avaliações e conclusões dolorosas. Entusiasmo e euforia momentânea são frequentemente substituídos por quase decepção. De fato, já é difícil procurar as razões do trabalho insatisfatório no projeto final, quando "tudo foi feito como deveria" foi feito. Ou talvez o design seja bom, mas o amplificador "não é assim" ou outra coisa... Familiar? Procure nas revistas de rádio amador dos últimos anos artigos sobre o projeto de sistemas de alto-falantes. Caros autores, eles criaram suas versões quase às cegas, sem levar em conta a física das transformações eletromecânicas e a acústica como tal. Sem dúvida, vários designs de alto-falantes caseiros, métodos para melhorar alto-falantes industriais e cabeças dinâmicas são bem-sucedidos e merecem atenção. Muitos designs tornaram-se uma boa "escola" para os amantes da reprodução de som de alta qualidade no processo cíclico interminável de criar ou refazer alto-falantes de acordo com o princípio: "Está prestes a ficar muito bom ...". Mas, note que os autores compararam seus desenvolvimentos (máximo) com desenhos industriais das fábricas AS da antiga URSS. Eles tentariam comparar seus projetos com os produtos de empresas como BOSE ou JBL ... A objeção à compra de alto-falantes importados de preço baixo e médio é a seguinte: "Quem lhe disse que esse alto-falante em sua sala de estar soará, e não irradiará sons de voz doce?". Motivos como: "Não faça mesmo assim" não convencem. Claro, existem amostras de acústica de marca que são incomparáveis em seu design e som, mas seu custo (assim como todo o know-how) é muito alto. Mesmo agora, quando há uma oportunidade real de usar cabeças dinâmicas modernas de alta qualidade, continuam a ser encontradas descrições de alto-falantes de fabricação própria (já em uma nova base de elemento), herdando os erros de design dos anos anteriores. Parece que na variedade atual de escolha do material de origem, podemos calcular e construir com competência apenas o gabinete do alto-falante (caixa). De fato, não apenas o volume de AS é um indicador definidor de qualidade. Às vezes, mesmo um caso calculado corretamente do ponto de vista de uma resposta de frequência uniforme não soa. Ao reduzir a principal desvantagem das cabeças dinâmicas existentes - uma desigualdade significativa na resposta de frequência na faixa de frequência média-alta, elas não serão inferiores a um bom terço das importadas e podem ser usadas para construir alto-falantes que satisfaçam os exigentes ouvinte. A beleza da construção de alto-falantes DIY é a liberdade de projetar e obter o que deseja, independentemente (ou quase) do custo, algo que você não pode alcançar com a produção em massa. Assim, houve e ainda há sentido em tentar repor os conhecimentos e recomeçar. Apesar de este material não fornecer um design específico do sistema de alto-falantes, alguns aspectos da operação da seção de baixa frequência do alto-falante são apresentados do ponto de vista prático e estão disponíveis para repetição ou análise independente com precisão suficiente . Primeiro. A acústica da sala, ou mais simplesmente da sala de estar, está longe de ser perfeita. Se você não puder melhorar a acústica da sala de acordo com todas as regras (proporções da "seção áurea 0,618: 1: 1,618", o uso razoável de materiais de absorção de som, a escolha do posicionamento dos alto-falantes, a escolha do ponto de escuta etc. .), então você realmente deveria olhar para o mini complexo e se acalmar. Caso contrário, seguimos em frente. Por um lado, cada cômodo soa diferente mesmo depois de fazer todas as mudanças razoáveis no ambiente. Por outro lado, cada um de nós conhece as peculiaridades de sua casa, estamos acostumados com a coloração "doméstica" dos sons. Nosso cérebro subconscientemente começa a transformar o que ouvimos em sua cor original. Então, o que você realmente precisa tentar fazer na sala é minimizar as ondas estacionárias, trazer o nível de reverberação para um nível aceitável, remover ou amortecer objetos ressonantes (superfícies) e organizar a área de escuta correta. Segundo. O surgimento de novas fontes sonoras baseadas em tecnologias digitais, como vídeo Hi-Fi (com gravação de som FM), gravadores, PC (MPEG), compactos e mini-discos, impõe novos requisitos aos alto-falantes: maior uniformidade de fase e amplitude -características de frequência, ampla faixa dinâmica, distorção de intermodulação mínima. A natureza da distorção nos alto-falantes é determinada pela física do processo de reprodução do som e é tão multifacetada que todos os tipos de distorção dificilmente podem ser eliminados na prática. No entanto, alguns deles são bem estudados no mundo do rádio amador e, portanto, podem ser controlados no processo de projeto. A regra principal deve ser esta: cada tipo de distorção é reduzido individualmente e com cuidado. Terceiro. Custo do trabalho. De qualquer forma, o custo dos materiais e componentes gastos na fabricação de um bom alto-falante "caseiro" será desproporcionalmente menor que o custo do alto-falante, que você teria comprado se fosse possível. Isso significa que é muito lucrativo investir seu conhecimento no design, que é chamado de "para você". Última coisa. Ao comprar um alto-falante de marca, ninguém, exceto o fabricante, fornecerá recomendações sobre seu posicionamento e "afinação" correta para uma situação específica. Nem os vendedores nem a Internet têm essa informação - apenas as opiniões subjetivas de "especialistas" das mesmas lojas. Com exceção de alguns modelos de alto-falantes, que são acompanhados por impressões da resposta de frequência medida e harmônicos na banda de frequência de operação, somos forçados a comprar quase qualquer acústica de marca na base de "porco por puxão". Começamos com a escolha de cabeças dinâmicas. Isso determinará o tipo de alto-falante, ou seja, um design de duas ou três vias. Por experiência, posso dizer que é muito difícil construir um sistema de alto-falantes de três vias em casa. O custo de pesquisa e experimentação é o dobro em comparação com um alto-falante bidirecional. Tente escolher cabeças dinâmicas para alto-falantes de duas vias com base em sua potência acústica (potência nominal, levando em consideração a sensibilidade) LF-MF a MF-HF como 1,5 ... 3,0 a 1,0. A sobreposição das faixas de frequência das cabeças deve ser de pelo menos 2 oitavas (4 vezes), caso contrário não será possível garantir uma correspondência precisa e transições suaves das características de frequência de fase das cabeças na região da frequência da seção do filtro . É desejável usar filtros cruzados de 2ª ordem para cabeças de LF e de terceira para cabeças de HF. Esses requisitos aparentemente triviais são realmente difíceis de cumprir, mas mais fáceis do que fazer o mesmo para um alto-falante de três vias. O próximo parâmetro que afeta a seleção de um par de cabeçotes é o diâmetro de seus difusores. Sabe-se que quanto maior o diâmetro efetivo do radiador (Deff.=Dg/sqrt(2), Dg é o diâmetro do cone medido no centro da ondulação), mais estreito é o padrão da cabeça na frequência operacional superior. Existe uma fórmula que relaciona o ângulo de diretividade da radiação do cabeçote dinâmico com o comprimento de onda emitido (l) e o diâmetro efetivo do difusor Deff. A radiação para frente no meio-espaço (p) é fornecida sob a condição pi*Deff.D=0,25 [1,6]. Em altas frequências, o padrão de radiação se estreita ainda mais. Por exemplo, para um cabeçote de baixa frequência do tipo 6GD-2 (Deff.=13 cm) na frequência de 7 kHz (limite para cabeçotes desse tipo, medido ao longo do eixo de radiação), o padrão de radiação tem uma abertura ângulo da ordem de TC/24 a um nível de -3 dB. Esta direção de radiação não é aplicável para uso em uma área residencial (exceto para você, sentado no centro da área de audição, ninguém ouvirá nada). Isso determina a escolha da seção de frequência das bandas LF-HF para esta cabeça na região de 1500 ... 2000 Hz, ao mesmo tempo em que fornece um ângulo de abertura do padrão de radiação da ordem de TC / 6. Ao usar um woofer com diâmetro de cone menor, a frequência de crossover permitida pode ser aumentada proporcionalmente. Argumentando de maneira semelhante, a escolha de uma cabeça de RF deve ser feita em favor de projetos com um pequeno diâmetro da superfície radiante (6GDV-1, 6GDV-6, 10GDV-2, etc.). Também é recomendável refinar as cabeças dinâmicas selecionadas para reduzir os harmônicos e ressonâncias parasitas dos difusores de acordo com os métodos repetidamente citados na literatura [2]. A única coisa que não é aconselhável, na minha opinião, é reduzir o próprio fator de qualidade do woofer em todos os sentidos. Os parâmetros de projeto do cabeçote selecionado são muito mais lucrativos de medir e levar em consideração ao calcular o projeto acústico, os parâmetros de saída do amplificador de potência (PA) e o circuito elétrico dos filtros. Caso contrário, a eficiência do cabeçote diminui em baixas frequências, o que complicará ainda mais a tarefa de combinar com o cabeçote de alta frequência para obter uma resposta de frequência acústica uniforme dos alto-falantes. A utilização de métodos para reduzir o fator de qualidade intrínseco de uma cabeça de baixa frequência tem outra desvantagem significativa. A distorção da fase de radiação do alto-falante, no qual está instalada uma cabeça amortecida, em baixas frequências é maior do que quando se usa uma cabeça não amortecida e circuitos especiais de correção. Por exemplo, alto-falantes em 6GD-2, Qts = 0,37 (amortecido por um painel de impedância acústica) têm uma resposta de frequência plana, mas a mudança de fase na frequência de 50 Hz é + pi / 2, enquanto em Qts = 0,71 (sem PAS ) com correção de resposta de frequência no PA - o deslocamento de fase na mesma frequência é apenas + pi / 6, ou seja, 3 vezes menos. O próximo passo é a escolha do design acústico. Para facilitar a configuração dos crossovers dos alto-falantes e proporcionar mais liberdade ao colocar os sistemas em uma sala, é recomendável escolher um design com caixas separadas para cada um dos cabeçotes. Isso permite que você mova o emissor HF em relação ao LF em profundidade para ajustar a fase de radiação na região da frequência da seção do filtro e, no caso de instalar a cabeça HF em um alojamento esférico em um suporte de anel, direcionar o eixo acústico da cabeça de HF diretamente para o ouvinte em qualquer orientação do corpo do link de baixa frequência. Quantos designs de caixa existem para os mesmos woofers. Parece que todos eles são calculados usando os mesmos métodos conhecidos, mas são tão diferentes tanto em volume quanto em tipos. Tendo medido os parâmetros de 7 cabeçotes 6GD-2 de diferentes anos de fabricação, você está realmente surpreso com os resultados. Os valores de frequência ressonante das cabeças Fr estão na faixa de 31...55 Hz, o fator de qualidade equivalente Qts - 0,62...1,38, o volume equivalente Vas - de 65 a 380 litros! É possível para uma instância de cabeçote com volume equivalente de 65 litros e fator de qualidade de 0,62 calcular o projeto com dimensões aceitáveis para uma sala de estar, mas para o caso de 300 litros e Qts = 0,93, é improvável que familiares e parentes consigam perceber-te. Para cabeçotes de compressão de 20GDN-1 a 75GDN-1, a dispersão dos parâmetros acabou sendo menor, mas seus valores diferiram muito dos dados fornecidos nas fichas técnicas. Aceitável para o design doméstico dos alto-falantes (em termos de espessura dos materiais usados \u30b\u45bpara as paredes do gabinete, peso e dimensões do alto-falante acabado, conveniência de colocá-lo na sala) é um gabinete com volume de 30-35 litros. Além disso, uma caixa com volume de 16 a 25 litros deve ser feita respeitando as dimensões internas na proporção da "seção áurea". Casos de grandes volumes devem ser feitos na forma de estrutura de piso com costura obrigatória de painéis laterais opostos com espaçadores. A espessura do material do corpo é de 15-30 mm com a colagem obrigatória da superfície interna com linóleo e tapetes de espuma de 20-30 mm de espessura ou tapetes caseiros (algodão + gaze) de XNUMX-XNUMX mm de espessura. O woofer é colocado na borda superior do painel lateral estreito, que será a frente. Não há dúvida de que, na maioria dos casos, um alto-falante fechado desse tamanho com uma cabeça de baixa frequência instalada à sua disposição terá um fator de qualidade resultante maior que a unidade, ou seja, na resposta de frequência na região da frequência de ressonância, será observada uma "corcunda" de +2 ... +6 dB. Além disso, o limite inferior das frequências reproduzíveis de tal alto-falante será de 75 a 100 Hz, o que claramente não é suficiente. No entanto, esses tipos de distorções na resposta de frequência dos alto-falantes são perfeitamente modelados matematicamente [3] e podem ser predeterminados pela escolha de um cabeçote dinâmico, facilmente medido e minimizado por filtros ativos incluídos antes do PA ou não. Sobre a escolha do tipo de corpo. Sim, um alto-falante fechado é mais fácil de fabricar, mas permite que você use o potencial de uma cabeça dinâmica na região dos graves em apenas 25-40%, independentemente da frequência de ressonância da própria cabeça! A razão para isso está na impossibilidade da cabeça dinâmica de desenvolver o nível necessário de potência acústica na região de frequência ressonante devido às limitações de projeto do curso do difusor e, como resultado, ao aparecimento de grandes distorções não lineares e de intermodulação. Com uma diminuição na frequência do sinal reproduzido abaixo de 50-80 Hz, a maioria dos cabeçotes de baixa frequência em alto-falantes fechados com volume de 30-45 litros são fisicamente incapazes de fornecer o nível de pressão acústica no nível criado pelo mesmo cabeçote em uma potência elétrica de entrada nominal em frequências de 300-2000 Hz. A diminuição da potência acústica máxima (não confundir com a resposta de frequência) à medida que a frequência diminui abaixo da ressonante (Fs é a frequência ressonante da cabeça no volume do gabinete do alto-falante) é quase linear com uma inclinação de 24 dB por oitava. Sugiro que você recalcule o nível máximo de potência acústica de um alto-falante fechado na frequência de 30 Hz com Fs igual a 60 Hz - obteremos um analógico de menos de 1 W para um cabeçote de 100 watts! Portanto, o único aceitável para criar alto-falantes de pequena capacidade "domésticos" é um design usando um inversor de fase (FI). Nas frequências do sinal reproduzível perto da frequência de sintonia FI Ff, a amplitude das oscilações do difusor diminui drasticamente. Como resultado, as distorções não lineares e de intermodulação são reduzidas devido ao design da suspensão do difusor, às dimensões dos limites do sistema magnético e da bobina de voz. No entanto, as distorções não lineares causadas pela rigidez insuficiente do difusor, pelo contrário, aumentam. Tudo isso fala a favor do uso dos chamados. cabeças de compressão. Com o projeto correto do AS, a amplitude de oscilação do sistema móvel da cabeça na frequência de sintonia FI pode ser 25 a 30 vezes menor do que na mesma frequência em uma caixa fechada. Isso significa que, em baixas frequências, um alto-falante FI tem uma faixa dinâmica muito maior do que um alto-falante de design fechado com distorções não lineares e de intermodulação comparáveis. O mais interessante é escolher a frequência de sintonia do inversor de fase Ff. A forma clássica de sintonizar Ff à frequência de ressonância da cabeça no espaço livre é justificada na grande maioria dos casos. Nesse caso, é alcançado um compromisso entre a uniformidade da resposta de frequência e a potência acústica máxima possível dos alto-falantes em frequências próximas à ressonante (mas não inferior a Ff). O fator de qualidade equivalente dos Qts de cabeça de baixa frequência para este caso deve estar na faixa de 0,35 ... 0,55. No caso de usar cabeçotes de baixa frequência com um alto fator de qualidade de 0.15 = 0,65 ... 1,5 em um sistema de alto-falantes de pequeno porte, geralmente é difícil ou impossível obter uma resposta de frequência uniforme em qualquer volume. Portanto, é aconselhável sintonizar Ff para uma frequência 2 ... 3 vezes (mais precisamente - veja abaixo) abaixo da frequência de ressonância da cabeça Fp. Ao mesmo tempo, a resposta de frequência do alto-falante acima da frequência Ff praticamente repetirá a resposta de frequência de um alto-falante fechado de mesmo volume.
Quanto mais baixo Ff, mais próxima é a similaridade da resposta em frequência. Em um Ff de baixa frequência, também há distorções de fase menores e um tempo de atraso de grupo menor da radiação AS em baixas frequências (Fig. 1-4). Head 6GD-2, Qts(5=0,62, Fр=31 Hz, Vаs=241 l, SPL=92,3 dB/W*m. Dados estimados para design acústico diferente: 1. Alto-falantes com inversor de fase, volume ideal 550 litros, Ff = 20 Hz 2. Alto-falantes com inversor de fase, volume de 32 litros, Ff = 25 Hz 3. Alto-falantes de tipo fechado, volume ideal 386 litros 4. Alto-falantes de tipo fechado, volume de 32 litros Nível 108 dB é fornecido por uma cabeça em uma ampla faixa de frequência de 300-2000 Hz na potência nominal de entrada b W. As dimensões calculadas do FI são as seguintes: Para um alto-falante com volume de 550 litros - diâmetro de 15 cm, comprimento de 7 cm. Para alto-falante com volume de 32 litros - diâmetro de 5 cm, comprimento de 24 cm -10% para calcular a frequência de ajuste FI ideal (mínimo possível) (Ffi min) para uma cabeça específica de baixa frequência. Caso contrário, este é um critério para determinar a frequência, a partir da qual uma cabeça dinâmica específica (em alto-falantes com FI) é capaz de fornecer pressão acústica máxima não inferior a médias frequências quando a energia elétrica nominal é aplicada a ela: Fphi min= 15 / SQRT( Dg * sqrt(Ng)) * SPL/Xmax, onde Ng é o número de cabeçotes do mesmo tipo instalados no gabinete do alto-falante Dg é o diâmetro do difusor (no centro da ondulação), cm SPL - é a sensibilidade da cabeça dB/W*m Xmax é o deslocamento máximo do difusor (em uma direção), cm. O principal é que a frequência Ffi min, abaixo da qual a pressão acústica máxima criada pela cabeça, começa a diminuir drasticamente, praticamente não depende nem do volume do corpo nem da frequência de ressonância natural da cabeça. Portanto, não faz sentido calcular um caso com um FI sintonizado em uma frequência abaixo de Fphi min - você não conseguirá um retorno acústico aceitável de um driver de baixa frequência em um gabinete de alto-falante mesmo com um volume muito grande, embora a resposta de frequência do alto-falante pode ser ideal. Exemplos: 10GD-34 (25GDN-1-4): Ffi min = 0,8 / sqrt10,5 * 84 / 0,6 = 35 Hz (98dB) 6GD-2: Ffi min = 0,8 / sqrt21 * 91,4, 0,5/32 = 104 Hz (10dB) 30GD-20 (1GDN-4-0,8): Ffi min = 16,7/sqrt86 * 0,8/21 = 98 Hz (30 dB) 2GD-75 (1GDN -4-0,8): Fphi min = 21 / sqrt86 * 0,8/19 = 105 Hz (XNUMX dB)
Você pergunta: "Este é o segredo dos graves profundos?" Estas são frequências de sintonia FI reais, até as quais essas cabeças podem fornecer pressão acústica comparável à pressão em frequências médias na potência de entrada nominal. Além disso - tudo é simples: 1. Se a cabeça tiver sua própria frequência de ressonância não inferior a Ffi min e fator de qualidade Qts=0,3...0,5, sinta-se à vontade para calcular o corpo com FI de acordo com o método conhecido [3 ]. Como resultado, você obterá um alto-falante ideal com uma resposta de frequência plana sem aplicar correção de PA adicional. 2. Se o cabeçote tiver sua própria frequência de ressonância não inferior a Ffi min e fator de qualidade Qts=0,6...1,5, existe a possibilidade de criar alto-falantes de qualquer volume aceitável com um FI sintonizado na frequência Ffi min. Nesse caso, uma resposta de frequência plana do alto-falante só pode ser obtida usando a correção apropriada da resposta de frequência do PA (corretor Linkwitz - veja abaixo). 3. Se a cabeça tiver sua própria frequência de ressonância Fр < 0,85 * Ffi min, você pode pensar em instalar duas ou mais cabeças do mesmo tipo nos alto-falantes e seguir a opção 1 ou 2 ou abandonar completamente o uso desse tipo de cabeças na seção de baixa frequência de seu alto-falante. Outras formas de "forçar" o cabeçote de baixa frequência a funcionar em 100% são construir alto-falantes de dois, três volumes com a colocação do cabeçote de baixa frequência dentro do gabinete com radiação através da porta FI (portas). Tal AC é realmente difícil de calcular em casa. Um pouco sobre os projetos de inversores de fase. O projeto padrão de um FI tubular deve satisfazer as seguintes condições: rigidez e ausência de conotações ressonantes no material do tubo, o diâmetro do furo (tubo) do FI deve ser escolhido não menos que 1/4 do diâmetro do tubo cone de cabeça de baixa frequência. Uma vez que o FI, como a cabeça dinâmica, é uma fonte de vibrações sonoras, o tubo FI não deve criar quaisquer sobretons adicionais. Bata na parede do tubo PHI com um lápis. Se "tocar", cole a superfície externa do tubo FI em uma camada com borracha, linóleo e / ou enrole com gesso, fita isolante (não fita adesiva) em 5-6 camadas. O orifício FI no painel frontal do alto-falante não deve ser colocado a menos de 10-15 cm da borda da cabeça de baixa frequência. Em princípio, a saída FI pode ser colocada em qualquer parede lateral ou traseira do gabinete do alto-falante. Somente no caso de o alto-falante ser instalado no espaço entre as seções dos móveis ou próximo à parede ou outros objetos que limitem a radiação lateral ou traseira, o orifício FI deve ser colocado no painel frontal. Ao calcular o comprimento do tubo FI, assume-se que a borda interna do tubo deve estar pelo menos a uma distância de seu diâmetro da superfície interna da parede oposta da caixa AU. Se essa condição não for atendida, o FI com diâmetro menor é recalculado. Em vez de um FI, você pode usar dois com um diâmetro interno de 0,71 do AI calculado. Também é útil arredondar as pontas dos tubos. Preencher o gabinete do alto-falante com um absorvedor de som - à vontade, excluindo a área FI, mas não mais que 15 g / litro. Outro tipo de distorção que afeta a qualidade do som de qualquer alto-falante é a perda de difração das ondas sonoras. Esse tipo de distorção aparece na região de frequência de 100-800 Hz e é uma diminuição gradual da pressão acústica gerada pelos alto-falantes abaixo de uma determinada frequência. Apesar de esse tipo de distorção ser bem conhecido, sua descrição em nossa literatura de rádio amador foi fornecida incorretamente, aparentemente durante as primeiras traduções de artigos estrangeiros para o russo. Este tipo de distorção nos foi explicado como "Distorções na resposta de frequência de várias formas de gabinetes de alto-falante" [6]. No entanto, ao colocar alto-falantes "na parede", a distorção de difração pode ser pequena em qualquer formato do gabinete. De fato, quando a superfície interna das paredes do alto-falante é colada com material absorvente de som, a superfície interna do alto-falante pode se tornar quase esférica. O comportamento do AX de tal AU mudará, em princípio? Não. O ponto é este. Em baixas frequências, o comprimento de onda emitido pelo alto-falante é muito maior do que as dimensões físicas do próprio alto-falante; portanto, as ondas sonoras circulam pela caixa do alto-falante, ou seja, são irradiados para o espaço 2pi (ao redor). Em altas frequências, onde o comprimento de onda emitido é menor que o tamanho do painel frontal do alto-falante, a radiação só é possível para frente, ou seja, em um meio-espaço [4]. Assim, a uma potência elétrica constante fornecida ao alto-falante e com um AH horizontal da cabeça dinâmica (e na região de 200-500 Hz, raras ocorrências de cabeças de baixa frequência apresentam anomalias), a partir de uma certa frequência, o AH do sistema ao longo do eixo de radiação aumenta para +6 dB. O comportamento mais suave do AC é observado na ausência de bordas externas afiadas no projeto do AC (Fig. 5). No caso de um invólucro padrão, o AX da distorção de difração tem mínimos e máximos locais, mas com o aumento da frequência, o recuo da AU ao longo do eixo de radiação ainda aumenta por um fator de 2 (Fig.b). A frequência média (Hz) na qual a saída do alto-falante é (idealmente) aumentada em 3 dB pode ser calculada em Hz usando a seguinte fórmula empírica: Fd=115/W, onde W é a largura do painel frontal do alto-falante em metros. A quantidade de distorção devido à perda de difração de +6 dB ocorre apenas quando os alto-falantes são colocados em um espaço livre, que não seja uma sala de estar. As ondas sonoras de baixa frequência que envolvem o alto-falante são refletidas até certo ponto da parede, perto da qual o alto-falante geralmente é instalado e chega ao ouvinte. Assim, o valor de perda realmente medido é de 3-4 dB. A existência de distorções de difração pode ser verificada pelas características acústicas dos alto-falantes industriais fornecidas pelos fabricantes (Fig. 7-9):
É bastante simples compensar essas distorções AX incluindo a cadeia corretiva mais simples R4C4R5 no caminho de reprodução de som entre o pré-amplificador e o amplificador de potência (Fig. 10). Tendo escolhido a relação das resistências R4=R5/2 (o valor de correção é de cerca de 3,5 dB) e suas classificações em kOhm, determinamos a capacitância C4 em microfarads usando a fórmula: C4=130/(R5*Fd).
Exemplo de cálculo: 1. Largura do painel frontal do alto-falante: 25 cm 2. Determine a frequência Fd= 115/0,25=460 Hz 3. Selecione R5=4,7 kΩ, R4=4,7/2=2,4 kΩ 4. Determine С4=130/(4,7 *460)=0,062 µF (62 nF) você pode simplesmente não se lembrar. Depois de aplicar tal correção a alguns alto-falantes, estes podem começar a "resmungar". Isso é bastante normal, porque. o fator de qualidade resultante da maioria dos alto-falantes de pequeno volume construídos em cabeçotes comuns de baixa frequência é obviamente superior a 0,71. Todo fã de reprodução de som de alta qualidade pode perceber que, ao colocar os alto-falantes em suportes de 0,4 ... 0,7 metros de altura, especialmente se eles também forem afastados da parede em 0,3 ... 0,6 metros, o nível de saída do alto-falante cai visivelmente em woofer. Nesse caso, aumente intuitivamente o nível do sinal em baixas frequências com um controle de tom +3 ... + 5 dB e o que você observa? Isso mesmo - um som mais "verdadeiro" e, talvez, "resmungado". O controle de tom do amplificador de baixa frequência neste caso reduz apenas a distorção da difração das ondas sonoras. A propósito, esse posicionamento dos alto-falantes ao longo da longa parede da sala é o mais ideal em termos de minimizar o efeito da acústica da sala na resposta de frequência dos alto-falantes.
Agora imagine os alto-falantes AX mostrados nas Figuras 7-9, se os projetistas desses alto-falantes "domésticos" tivessem o cuidado de compensar esse tipo de distorção com filtros passivos. AS "Corvette" e "Vega" "murmurariam", mas "Estônia" não. Aliás, o primeiro é feito em caixa fechada, "Estônia" e "Vega" - com AI sintonizado em 40-45 Hz. A análise do AH desses alto-falantes mostra que: 15AC-111 "Vega" - devido ao alto fator de qualidade do cabeçote de baixa frequência usado no AU, o AX tem um aumento na frequência de 80-90 Hz em 2- 3 dB (o fator de qualidade do alto-falante é 1,3). Em qualquer caso, observa-se "murmúrio" e é necessária a correção do AH com filtros ativos. O uso de um AI sintonizado em 40 Hz está próximo do ideal (35 Hz), mas não deve ser usado para corrigir o AH, mas para uma finalidade completamente diferente - fornecer a potência acústica máxima do woofer. • 35AC-021 "Estônia" - quase o AH mais uniforme, mas definir o AI para uma frequência de 45 Hz não permite o uso total do potencial da cabeça do baixo. Seria benéfico aumentar o volume da caixa em 15-20% e reduzir a frequência de ajuste AI para 21-27 Hz. 75AC-001 "Corvette" - não apresenta declínio na frequência de 180 Hz em 3 dB, mas aumento na frequência de 90-95 Hz em 3 dB, causado pelo fator de qualidade resultante dos alto-falantes, igual a 1,3 -1,4 devido ao pequeno volume do case. A potência acústica dos alto-falantes em baixas frequências é fornecida apenas por um cabeçote de baixa frequência de alta qualidade 100GDN-3. É aconselhável usar o corretor AI e AH. Assim, se o fator de qualidade resultante do alto-falante for 1,1 ... 2, ou seja, no AX AU há um aumento de +1 ... 6 dB na região de 60-110 Hz (sinais óbvios de "murmúrio"), e o volume do AU é pelo menos 2-3 vezes menor que o volume equivalente da cabeça de baixa frequência Vas, ou seja, faz sentido aplicar a correção AX em filtros ativos de acordo com o Linkwitz Transform Circuit, um exemplo do circuito é mostrado na fig. 10 (excluindo R4C4R5).
Simultaneamente à correção AX, o circuito fornece correção local da fase do sinal na região abaixo da frequência de ressonância, o que reduz a distorção de fase dos alto-falantes. AH e PFC do corretor são mostrados na fig. 11 e fig. 12. As características são calculadas para o fator de qualidade de um alto-falante com volume de 32 litros, igual a 1,8 na frequência de 98 Hz para obter características acústicas horizontais em termos de pressão sonora de 500 a 32 Hz (-3 dB) com um fator de qualidade resultante igual a 0,71 (cabeça do woofer 6GD-2 , Qts=0,62, Fð=31 Hz). O AX do corretor tem um aumento de 12 dB por oitava na região de baixa frequência para compensar o declínio semelhante no AX de um alto-falante fechado. Mas apenas nessas frequências, a capacidade de sobrecarga de um AS fechado é baixa. Portanto, é ideal usar tal correção de AH para uma AU com AI sintonizada em uma frequência Ffi min. Determinar isso para uma usina nuclear concluída (ou em construção) é bastante simples. Primeiro, fechamos e selamos a abertura do inversor de fase e medimos o módulo de resistência da cabeça de baixa frequência no gabinete fechado do alto-falante. Pelo valor máximo do módulo de resistência, determinamos a frequência ressonante da cabeça de baixa frequência Fs no gabinete do alto-falante. Em seguida, abrimos o orifício da IA e novamente medimos o módulo de resistência da cabeça. Determinamos a frequência de ressonância de AI Ff pelo mínimo do módulo de resistência. Normalmente, em frequências acima e abaixo do mínimo encontrado, o módulo de resistência da cabeça apresenta picos pronunciados. Se Ff for maior ou igual a Fs, então AI AS está configurado incorretamente em qualquer caso. Se Ff for maior que Ffi min, aumente o comprimento do tubo AI em proporção ao quadrado da diminuição desejada em Ff e sintonize o AI na frequência Ffi min. No caso em que o tubo AI do comprimento calculado não pode ser instalado fisicamente no caso AU, é usado um tubo de diâmetro menor. Existe a opinião de que a instalação de outro AI na AU, semelhante ao existente, diminui a frequência de sintonia do AI. Esta opinião está errada. De fato, a frequência de ajuste do AI aumenta por um fator de sqrt2 com uma diminuição simultânea da velocidade do ar dentro do AI, o que é útil em alguns casos (além disso, um tubo de diâmetro menor é mais rígido). Ou seja, instalar dois MTs idênticos equivale a usar um MT de mesmo comprimento com diâmetro interno 2 vezes maior que o diâmetro da tubulação de um dos MTs do par. Agora é necessário determinar o fator de qualidade resultante do woofer na frequência Fs no AU com AI sintonizado na frequência Ffi min. Em casa, é quase impossível fazer isso por meio da medição direta da resposta de frequência dos alto-falantes pela pressão sonora. É muito mais fácil e preciso obter o valor CA calculando em um PC usando um software especializado. No entanto, quaisquer métodos de modelagem matemática envolvem até 10 a 30 parâmetros conhecidos de uma cabeça dinâmica específica, que, novamente, são difíceis de medir em casa. Proponho uma maneira muito simples de determinar o fator de qualidade dos alto-falantes com uma precisão de cerca de 10-15%, o que exigirá adicionalmente qualquer microfone de eletreto (IEC-3) e um pré-amplificador para ele com uma resposta de frequência plana de 10 a 10000 Hz. Feche novamente e vede o orifício FI AS (se houver). Depois disso, o microfone é colocado nas imediações de 2-5 mm do difusor da cabeça de baixa frequência a uma distância de 2/3 do raio do difusor de seu centro. Um voltímetro CA é conectado à saída do amplificador de microfone e um sinal do gerador de AF é alimentado na cabeça (através do PA com uma resposta de frequência plana). A potência fornecida ao cabeçote não deve exceder 0,1-0,5 W. Ao alterar a frequência do gerador de 500 para 20 Hz, a resposta de frequência do alto-falante é construída. Eles estão convencidos da presença de uma “corcunda” na região de Fs e uma inclinação de resposta de frequência de 12 dB / oitava abaixo dessa frequência. Encontre a razão entre a tensão de saída máxima em uma frequência próxima ou ligeiramente acima de Fs e a tensão de saída em uma frequência de 500 Hz. O valor resultante é elevado ao quadrado. O resultado será igual ao valor do fator de qualidade dos alto-falantes com FI. Os adeptos de qualquer método de redução do fator de qualidade do woofer (PAS, impedância de saída negativa do PA, etc.) nesta fase podem escolher a quantidade de material de absorção de som no caso de um alto-falante fechado (design PAS, Rout PA valor) para obter o valor desejado do fator de qualidade. Ao usar uma quantidade significativa de material de absorção de som, mas não mais que 15 ... 23 g / litro [7], é desejável "organizar" um espaço livre de 3-5 litros usando uma estrutura de arame entre o FI e o cabeça de baixa frequência. Para aqueles que podem calcular ou determinar o fator de qualidade de um driver de baixa frequência (com parâmetros medidos conhecidos) instalado em um gabinete de alto-falante específico, os métodos padrão existentes são preferíveis. Os resultados das medições do fator de qualidade e da frequência de ressonância da cabeça em um AS fechado (Fs) podem ser usados para selecionar as classificações do corretor (Fig. 10) apenas para o caso em que o FI é sintonizado na frequência Fphi min, em menos 2 vezes menor que a frequência Fs. Prosseguimos para determinar as classificações do estágio corretivo RC. O amplificador operacional é recomendado 157UD2 (para a versão estéreo do corretor, o circuito de correção do amplificador operacional é para ganho unitário). Como o cálculo dos elementos do corretor é bastante complicado, os resultados do cálculo do computador dos valores de RC são mostrados na Tabela 1 para vários valores do fator de qualidade do alto-falante e da frequência Fs = 80 Hz. Para outros valores da frequência Fs, as classificações de capacitância dos capacitores são simplesmente recalculadas de acordo com a fórmula: C1'= 80 C1/P'z.
Da mesma forma, as capacitâncias dos capacitores C2 e C3 são recalculadas. Você pode deixar as capacitâncias dos capacitores inalteradas e recalcular as resistências V1-VZ da mesma maneira. A única limitação é que a resistência do resistor B2 não deve ser inferior a 2 kOhm, porque. é a carga principal do amplificador operacional em altas frequências. Quando o corretor for ligado antes do PA (antes do bloco de timbre), a resposta de frequência real do sistema em termos de pressão sonora será horizontal com tolerância de ± 2 dB para a frequência de operação mais baixa (indicada na tabela, assunto para Fphi min < F (-ZdB)), e o fator de qualidade equivalente do alto-falante é 0,71, 1. As classificações de RC devem ser selecionadas com uma precisão de 1,6%. Com valores AC iguais a 4 e superiores (5-6-7-1 linhas da Tabela 30), o corretor apresenta um aumento significativo na resposta de frequência em frequências de 20-13 Hz (16-20-24-XNUMX dB) . Para evitar sobrecarga óbvia do MIND e AS com um sinal real retirado da saída do corretor, é aconselhável usar um filtro passa-alta de primeira ordem com frequência de corte de 30-35 Hz na entrada do MIND ( ou bloco de tom). Isso pode ser feito substituindo (ou instalando) um capacitor na entrada do PA, cuja capacitância em nF é calculada pela fórmula 5000 / Vin., Onde Rin. - impedância de entrada do PA (ou bloco de tom), kOhm. O som dos alto-falantes, cuja resposta de frequência é corrigida nas duas formas indicadas, não só irá agradá-lo, mas também irá surpreendê-lo. Você finalmente sentirá a completa ausência de coloração sonora na faixa de baixa frequência - não haverá "resmungos" como tal. O controle de tom baixo do amplificador finalmente funcionará como deveria - de forma eficaz. Bastante suficiente será a profundidade do controle de tom baixo ± 3-5 dB. O retorno da pressão sonora na frequência operacional mais baixa dos alto-falantes será o máximo possível para a cabeça dinâmica de baixa frequência aplicada.
A modelagem e medição direta das características das cabeças e alto-falantes (para confirmar os resultados dos cálculos) foram realizadas usando um PC multimídia da classe Intel Pentium III com uma placa de som calibrada (resposta de frequência 15...17000 Hz ±0,2 dB). Vários softwares gratuitos foram usados, incluindo versões de demonstração de programas da JBL, Blaupunkt e Peerless (emuladores de gerador de sinal, medidores de resposta de frequência de ruído branco, analisadores de espectro de ruído rosa de 1/2-1/12 oitavas, programas para calcular os parâmetros de alto-falantes fechados, alto-falantes com FI, etc.) As configurações do software definem a resolução de frequência para menos de 0,3 Hz. Adicionalmente, utilizamos: PA 60 W com leve distorção na faixa de 10-40000 Hz e um microfone de eletreto (completo com pré-amplificador) com resposta de frequência conhecida na faixa de 30-15000 Hz ±1,0 dB. A correção das conclusões foi verificada experimentalmente como segue. Adquiridos "na ocasião" alto-falantes fechados "Bifrons" (Hungria, Budapeste, planta "BEA6", 1975 em diante, volume 36 litros, corpo multicamadas de madeira maciça preenchido com algodão 12 g / litro, 9 (!) banda larga cabeçotes do tipo BEA6 HX-125-8 com potência nominal de 12 W cada e frequência ressonante de 68-71 Hz, Qts = 1,02 ... 1,08) reproduziram perfeitamente música clássica, jazz. Assim que se tratou de ouvir rock ou música eletrônica moderna, os alto-falantes imediatamente "perderam" suas posições (isto é, 108 W de potência nominal e sensibilidade de 88 dB / W * m). Medir os parâmetros das cabeças HX-125-8 e modelar os alto-falantes em um PC mostrou todas as desvantagens do projeto de fábrica. Com um design fechado, esses alto-falantes praticamente não conseguiam nem fornecer a potência que o 10MAS-1 desenvolve a uma frequência de 60 Hz (a resposta de frequência começou a diminuir de 110 Hz). A substituição de um dos 9 alto-falantes por um FI (ver foto) sintonizado em 38 Hz deu resultados surpreendentes. Os alto-falantes soaram. Não é tão importante comparar os resultados da medição da resposta de frequência dos alto-falantes antes e depois da alteração (a resposta de frequência praticamente não mudou), como a mudança na natureza do som dos alto-falantes - eles se tornaram "onívoros ". Mesmo nas gravações da orquestra de câmara e do coro, apareceu uma leveza, profundidade e clareza que antes não existiam. Adicionalmente, a resposta de frequência do sistema na região de 35-200 Hz foi corrigida pelo filtro ativo descrito, que é ligado na entrada PA. Graças à correção da resposta de frequência e, mais importante, da resposta de fase, os alto-falantes começaram a reproduzir o registro de graves com alta fidelidade. Ao descrever o som dos alto-falantes, tornou-se possível usar epítetos como "correção", "elasticidade", "poder", "emocionalidade". Por exemplo, ao tocar o som de um helicóptero chegando no álbum The Wall do Pink Floyd, tudo na sala começou a vibrar que podia. Isso foi "criado" por honestos 10 watts em frequências de 40 Hz. Após essas melhorias, os alto-falantes ocuparam um lugar digno de "liderança" no sistema de home theater (acredite, o subwoofer se tornou irrelevante). Atenção! Se a potência máxima de saída do seu PA exceder a potência nominal da cabeça de baixa frequência do alto-falante em três ou mais vezes, recomendo proteger o alto-falante de sobrecarga com um fusível para uma corrente que pode ser calculada usando a fórmula: cabeça, Rg - resistência da cabeça à corrente contínua. Publicação: cxem.net
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