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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Curto-circuito acústico em alto-falante e sua superação. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Alto-falantes É possível ter um design acústico diferente para o alto-falante além do agora difundido bass reflex ou caixa fechada, bem como versões mais caras de alto-falantes de buzina e labirinto? Este artigo descreve um método para estender a largura de banda eficiente de baixa frequência em gabinetes abertos e fornece designs práticos de alto-falantes. Num alto-falante, quando o difusor do tipo eletrodinâmico oscila, suas superfícies frontal e traseira colocam o ar em movimento, criando alternadamente sua compressão e rarefação. Assim, quando a pressão aumenta de um lado do difusor, por outro lado, ao contrário, diminui. Em baixas frequências, se a cabeça dinâmica não tiver design acústico (em espaço livre), devido à difração das ondas sonoras, ocorre um curto-circuito acústico e a pressão sonora resultante no espaço circundante é bastante atenuada. Para eliminar este fenômeno nocivo, a cabeça dinâmica é colocada em uma tela acústica, que elimina o efeito compensatório das oscilações antifásicas de compressão-descarga. Os projetos básicos dessas telas e seus recursos são descritos em [1-3]. Vamos relembrar brevemente essas opções bem conhecidas. Uma blindagem cujas dimensões devem ser suficientemente grandes e pelo menos proporcionais ao comprimento de onda acústico na frequência reproduzível mais baixa. Em frequências mais baixas (dezenas de hertz), as dimensões da blindagem são grandes - vários metros, o que é inaceitável para projetos práticos. Uma caixa com a parede traseira aberta é um escudo “enrolado”. Este projeto acústico do alto-falante foi amplamente utilizado nas décadas de 30-60 do século passado, quando os requisitos para a largura de banda das vibrações sonoras reproduzidas eram pequenos. Uma caixa com labirinto, cujo comprimento é igual à metade do comprimento de onda em baixas frequências [1], é excessivamente complexa em design e tecnologia de fabricação e, portanto, praticamente não é difundida. Uma buzina, que é um guia de ondas divergente, também é usada para aumentar a saída de som. Em baixas frequências, as dimensões da buzina são muito grandes. Uma caixa fechada, geralmente preenchida com material absorvente de som para evitar ondas estacionárias e outras ondas. Neste caso, a energia acústica emitida pela superfície traseira do difusor é dissipada no interior da caixa. Uma caixa fechada com bass reflex é hoje um dos tipos populares de design acústico, proposto em 1930. O bass reflex é um tubo ou orifício feito na caixa. O bass reflex opera em uma banda de frequência muito estreita e, com uma faixa suficientemente ampla de sinais de baixa frequência, os processos transitórios são atrasados na forma de “coloração” dos sons do registro de graves. Como resultado, instrumentos musicais de timbres diferentes soam muito semelhantes, ou seja, o reflexo de graves distorce os sons reais. Tal como na versão anterior, aproximadamente metade da potência acústica perde-se na caixa. A falta de outro projeto acústico eficaz força os desenvolvedores de sistemas acústicos (AS) a usar esta solução técnica [2, 3]. Superar um curto-circuito acústico em alto-falantes e criar um design acústico simples e energeticamente eficiente para alto-falantes que operem em uma ampla faixa de frequência de áudio praticamente sem perdas de som é atualmente um problema importante e não resolvido [2, 4]. As soluções técnicas descritas no artigo, que eliminam curtos-circuitos acústicos, permitem a utilização de uma sala sonora para aumentar a eficiência dos alto-falantes em baixas frequências. Ao mesmo tempo, os requisitos para o projeto do projeto acústico são reduzidos devido à eliminação de ondas estacionárias na caixa, uma vez que a energia sonora da radiação traseira da cabeça sai da caixa para o espaço, soando-a. Nestes projetos, a influência da elasticidade do ar limitada pelo volume da caixa e pelo aumento da frequência de ressonância do alto-falante são reduzidas ou totalmente eliminadas. A energia sonora em materiais sólidos se propaga na forma de um fluxo, e a propagação ortogonal ao eixo da radiação é muito menor (até -30 dB) do que ao longo do eixo da radiação [5]. No ambiente aéreo, os princípios de adição vetorial de velocidade oscilatória também se aplicam, independentemente da frequência e fase dos fluxos somados de vibrações sonoras. Da teoria das oscilações [6] também se sabe que duas oscilações harmônicas que possuem a mesma frequência e fase arbitrária entre si e se propagam mutuamente perpendicularmente não interagem entre si. Na zona próxima dos emissores, as relações entre velocidade vibracional e velocidade de propagação, bem como o comprimento de onda a e o diâmetro do emissor d (buraco de radiação) são importantes. Separar os fluxos sonoros de radiação direta e reversa da cabeça e convertê-los em fluxos ortogonais entre si permite eliminar o curto-circuito acústico do emissor. Por medidas construtivas - usando um “guia de ondas” - é possível girar o fluxo sonoro criado pela superfície traseira do difusor do alto-falante em 90 graus, conforme mostrado na Fig. 1 (vetor B). Nas proximidades do ponto O, as velocidades oscilatórias do fluxo tangencial do guia de ondas e o fluxo da radiação frontal da cabeça (vetor A) se somam. Se os fluxos e as velocidades vibracionais forem iguais, ao calcular o R resultante, obtemos a pressão acústica total 1,41 vezes maior que cada uma das componentes.
Assim, no espaço mais próximo do radiador, a pressão acústica p aumenta 3 dB. A potência acústica entregue pelo alto-falante na sala [7] dobrará, portanto, para obter a mesma potência sonora para tal alto-falante, será necessário um UMZCH com metade da potência: Ra = p2V/Tc 10-5, W (em Rr = 3 m), onde V é o volume da sala; Тс - tempo médio de reverberação ótima; Rr é o raio da lança. Como pode ser visto na fórmula, o valor da potência acústica Pa aumenta visivelmente se abandonarmos as soluções de design conhecidas para o design acústico dos alto-falantes. Levando em consideração o efeito do material absorvente de som que normalmente é preenchido com uma caixa de alto-falante fechada para absorver a energia emitida pela superfície traseira do cone, o benefício real pode ser ainda maior. Seguindo o princípio declarado de eliminação de curtos-circuitos acústicos, o autor desenvolveu projetos de projetos acústicos, uma das opções é mostrada na Fig. 2.
Em um caso com parede traseira cega 1, a parte inferior do painel frontal 2 (“deck quebrado”) é inclinada em um ângulo com a vertical, formando com a parte superior do painel frontal um “guia de ondas” para as ondas sonoras criadas da parte traseira da cabeça do alto-falante. Ao calcular o projeto, é importante cumprir a condição de que a área da seção transversal do guia de ondas através do qual o fluxo sonoro da caixa se propaga não seja menor que a área da superfície traseira do difusor. Caso contrário, a reprodução das frequências mais baixas será enfraquecida devido à elasticidade residual do ar na caixa. As medições realizadas em câmara anecóica do Instituto de Acústica da Academia Russa de Ciências confirmaram os pressupostos considerados, o que nos permite fazer as recomendações apresentadas neste artigo. O som que sai do guia de ondas se esgota nas altas frequências e soa mais aveludado ao ouvido do que o som do fluxo frontal. Isso não prejudica em nada a musicalidade do som devido às diferentes direções de propagação do fluxo desdobrado: a sala também participa da formação da imagem sonora, tornando-a tridimensional. Mesmo que a sala contenha muitos absorvedores de som, como tapetes e móveis estofados, a naturalidade do som e seu volume não se perdem. Com base no método proposto, o autor desenvolveu e fabricou um alto-falante estéreo “Tsunami”. Cada um dos alto-falantes do sistema utiliza um driver de baixa frequência L-15 de 3712 polegadas (da Alemanha), com potência máxima de 100 W, e dois drivers de alta frequência 6GDV-4. A faixa de áudio é dividida em duas bandas - 20...5000 Hz e 5000...25000 Hz. A eficiência medida no modo de radiação LF foi igual a 110 dB/VBt-m com excelente qualidade de reprodução sonora. Utilizando este alto-falante, com potência elétrica média de 5 W por canal, foi sondada uma sala com 600 pessoas. Os resultados de estudos experimentais de amostras de alto-falantes e sistemas acústicos foram apresentados pelo autor em relatório na Nizhny Novgorod Acoustic Session [7]. Na Fig. A Figura 3 mostra outro projeto de alto-falante e um diagrama vetorial da propagação dos fluxos sonoros A, B e R.
O fluxo de som A é frontal, o fluxo B é traseiro. O vetor R é a resultante da adição dos vetores A e B. Nesta figura, as seguintes designações de elementos são: 1 - cabeça sã; 2 - corpo; 3 - guia de ondas para saída de energia sonora da radiação traseira; 4 - orifício de saída do guia de ondas; 5 - parede guia de ondas; 6 - parede frontal do guia de ondas. Esse alto-falante fornece uma propagação de som mais difusa no espaço. Drivers de alta frequência também são instalados na parede frontal do alto-falante. Análise dos diagramas vetoriais mostrados na Fig. As Figuras 1 e 3 mostram que o método proposto para eliminação de curtos-circuitos acústicos entre as correntes A e B permite superar esse fenômeno nocivo em sistemas de som com ganhos simultâneos de energia e qualidade. O trabalho experimental foi realizado com cabeçotes 4A-32 em uma grande sala silenciosa usando um gerador de som GZ-33, um voltímetro VZ-33, um frequencímetro 43-32 e um medidor de ruído de precisão do tipo 00017 com microfone condensador do MKD tipo. Para obter parâmetros comparativos, também foi estudado um alto-falante convencional com cabeçote 4A-32; O protótipo era um alto-falante serial 35GD-4 em caixa fechada. Sua resposta de frequência medida é mostrada na Fig. 4.
Na faixa de frequência de 80...12000 Hz, a sensibilidade característica média é de cerca de 94 dB/VBt-m com irregularidades de até 26 dB. A caixa contém material absorvente de som. O som deste alto-falante não é de alta qualidade. Na Fig. A Figura 5a mostra os resultados das medições da resposta de frequência do alto-falante Tsunami (seu design é semelhante ao mostrado na Fig. 1) com o mesmo cabeçote 4A-32. A eficiência média da radiação frontal aumentou para 98 dB/VBt-m na faixa de frequência de 40...20000 Hz, a irregularidade da resposta de frequência diminuiu para 9 dB e a banda de frequência reproduzida expandiu-se. O ganho de eficiência eletroacústica do protótipo e do Tsunami AS acabou sendo de 6,4 vezes!
Na Fig. 5,6 mostra a resposta de frequência do alto-falante ao longo do vetor B, do qual se conclui que a banda de frequência emitida é igual a 50..J6000 Hz com eficiência de 96 dB/W-m e irregularidade na banda de 12 dB. No AS 35GD-4 e similares, a energia da radiação traseira da cabeça é convertida em calor. O AS feito pelo autor por analogia com o desenho da Fig. 2 utilizando caixas de TVs de tubo "Rubin", "Electron", etc. apresentaram excelentes resultados. Foram utilizadas cabeças 4A-32, 6GD-2, etc., capazes de reproduzir bem as baixas frequências. O autor não utilizou cabeçotes com sistema móvel pesado devido à sua baixa eficiência e banda de frequência operacional insuficientemente ampla. A produção dos alto-falantes propostos, desprovidos de circuitos acústicos, está disponível em casa e é de interesse no descarte de equipamentos obsoletos. O método proposto para eliminar um curto-circuito acústico em um alto-falante pode melhorar significativamente os alto-falantes de corneta. Na Fig. A Figura 6 mostra um projeto simplificado de um alto-falante de corneta 1, feito com base em um cabeçote eletrodinâmico convencional (difusor) 2. A radiação direta do som ocorre através da buzina 3, e a radiação reversa do cabeçote através de um guia de ondas simétrico 4. Um diagrama vetorial dos fluxos de radiação sonora no plano horizontal é mostrado lá.
Os projetos de AC apresentados no artigo, construídos com base nas disposições declaradas, são apenas uma pequena parte da variedade possível de opções. Literatura
Autor: V. Nosov, Moscou
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Comentários sobre o artigo: Eugene Existe e existiu há cerca de quarenta anos uma solução mais simples sem "filosofar a partir do maligno. Costumávamos montar o primeiro alto-falante: ZG, osciloscópio, ML. 19, ouvidos de músicos. E a possibilidade de alterar o volume do alto-falante . Trazendo-o para um som aceitável e a frequência mais plana. Foi experimentalmente também encontrada a resposta ideal de baixa frequência. Foram utilizadas as chamadas cabeças “espetaculares”, localizadas nas paredes laterais da sala de cinema. Elas foram equipadas com cinemas de grande formato. Eles foram encomendados de fábrica. E a solução foi muito simples. Balançar os cones dos alto-falantes sem resistência do ar por trás. Um pouco alterado, o suporte do difusor central foi ajustado. Um furo traseiro foi feito na caixa do alto-falante, cuja área foi selecionada de acordo com as características, de acordo com a “curva”, naturalmente. Então este produto poderia ser repetido. Os proprietários dos alto-falantes ainda os têm em estoque, que foram feitos naquela época. E, observe: Para a reprodução, foram utilizados amplificadores montados de acordo com o esquema das unidades acústicas de controle húngaras. Foram equipados com salas de instalação em centros de rádio. Estúdios de gravação decentes. Amplificadores valvulados. As lâmpadas do estágio de saída são do tipo 1540. Foi um pouco difícil de conseguir. Mas esses tetrodos são duráveis e, se você não os sobrecarregar com tensão anódica, eles podem funcionar por muito tempo. O circuito amplificador da unidade de controle é muito bom. A potência média é de 15 W. Agora não me lembro das medidas. Mas essa potência é bastante aceitável para uma sala de 150 metros cúbicos. Com três listras. AF MF e LF já esqueci as características, mas a frequência do amplificador com saída normal era muito ampla. Os tons não foram cortados. Com alto-falantes convencionais, foram usados filtros de alta e média frequência, o que foi uma solução um pouco pior. No entanto...! Por falar nisso! O som e a reprodução do AF por um amplificador baseado em triodos duplos do tipo 6N5-, 6N-7 são absolutamente únicos. Circuito sem transformador. Feito para os 17 alto-falantes produzidos pela RRR, Letônia. Infelizmente, o segundo não pôde ser concluído. Não tive tempo para isso. E em estéreo seriam muito bons. Mas isso pode ser feito em um ônibus. Saída de pico de até oito watts. Os emissores do painel foram esquecidos em vão. Foram produzidos aqui, na URSS. A reprodução ficou muito boa. Até a MOTOROLLA tentou copiá-los de nós. Sim, algo não deu certo. Embora eles, os listrados, tivessem excelentes unidades de reprodução. Para uma sala pequena e um alto-falante decente, os amplificadores baseados em triodos duplos e potentes eram bastante... Um desses amplificadores também ainda funciona. Naquela época, nós, que fazíamos experiências com reprodução de som de alta qualidade, éramos considerados excêntricos. Ele joga e brinca. Canta e canta. Então, de repente, eles perceberam a alta qualidade do som! Ex-expositor e vencedor da XNUMXª Mostra de Rádio.
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