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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Alto-falante de três vias com cabeçote W21 EX 001. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Áudio O objetivo do desenvolvimento do projeto descrito foi criar um alto-falante relativamente pequeno, adequado para repetição em condições amadoras, com altas características eletroacústicas. Na escolha dos cabeçotes dinâmicos, foram levados em consideração seus parâmetros eletroacústicos, bem como a experiência de projeto de diversos alto-falantes desenvolvidos anteriormente pelo autor. Para baixas frequências, foi escolhido um cabeçote dinâmico SEAS W21EX 001. No início do desenvolvimento, houve uma experiência positiva de usar o W21EX 001 em um alto-falante bidirecional tipo fechado, que proporcionou uma qualidade suficientemente alta de reprodução de baixas frequências. Para médias frequências foi escolhido um cabeçote SEAS H143 com cone de papel, para altas frequências - PEERLESS 810665 sem fluido magnético, com cúpula em tecido impregnado. Um desenho da caixa do alto-falante é mostrado na fig. 1. O case tem um volume útil de 28 litros para o cabeçote de graves e 2,7 litros para o cabeçote de médios. Esses volumes são preenchidos com inverno sintético de baixa densidade. Para reduzir as vibrações, a superfície interna da caixa é coberta com isolamento de hidrovidro.
As almofadas são usadas para amortecimento adicional das paredes laterais. As sobreposições possuem seleções redondas, nas quais são inseridas arruelas de borracha, cuja espessura excede a profundidade das seleções em 0,5 mm. As almofadas são fixadas nas paredes laterais com parafusos auto-roscantes. À medida que as almofadas são pressionadas, as arruelas são deformadas e se ajustam perfeitamente à parede lateral do gabinete. A superfície externa do corpo é revestida com folheado de cerejeira, o forro é pintado com tinta acrílica preta. Sobreposições escuras sobre um fundo folheado claro enfatizam o formato da estrutura, conferindo ao case uma aparência mais harmoniosa. Vale a pena prestar atenção especial à descrição do crossover, pois é um nó importante em um alto-falante de três vias. Vamos começar esclarecendo alguns conceitos. O intervalo de frequência em que ambas as cabeças participam da formação da resposta de frequência resultante em termos de pressão sonora é a região de emissão conjunta das cabeças dinâmicas, e a frequência de cruzamento está localizada dentro desta região. Com decaimentos simétricos da resposta de frequência em termos de pressão sonora, a frequência de cruzamento pode ser calculada como a média geométrica das frequências que definem os limites da região de emissão conjunta. Para resumir (devido à menção frequente), chamaremos as dependências do módulo de impedância da frequência das cabeças dinâmicas e das características Z do alto-falante. Ao desenvolver o crossover, o objetivo foi garantir que fosse obtida a resposta de frequência mínima desigual do alto-falante em termos de pressão sonora. Para simular o crossover, foi utilizado o programa LEAR, que permite trabalhar com a resposta de frequência medida e as características Z dos cabeçotes dinâmicos. Isto permite pré-visualizar o funcionamento de diferentes esquemas de filtros, obtendo resultados bastante claros, e escolher a opção mais adequada para implementação. O programa LEAP possui um otimizador que permite calcular automaticamente qualquer elemento filtrante de acordo com um determinado critério (por exemplo, pela irregularidade mínima da resposta de frequência em uma determinada faixa de frequência). Os dados iniciais para o desenvolvimento de um crossover são a resposta de frequência de sensibilidade e as características Z dos cabeçotes dinâmicos. Todas essas características são medidas na caixa do alto-falante após o ajuste do design acústico. Para selecionar as frequências de cruzamento ideais, a resposta de frequência de todas as cabeças foi medida usando um microfone localizado ao longo do eixo da cabeça a uma distância de 0,5 m, e a média dos resultados foi calculada em intervalos de 0,2 oitavas. As características Z são medidas no modo gerador de corrente. Vamos determinar aproximadamente as frequências da seção com base na análise da resposta de frequência das cabeças dinâmicas. A resposta de frequência da cabeça de graves (Fig. 2) apresenta uma irregularidade de 3 dB na faixa de frequência de 60...500 Hz; além disso, com o aumento da frequência, segue-se um aumento com um máximo na frequência de 1,3 kHz. Esta natureza da resposta de frequência não é um problema, uma vez que num altifalante de três vias é possível utilizar uma cabeça de graves na gama de frequências não superior a 600 Hz, onde a irregularidade da resposta de frequência é bastante pequena.
A resposta de frequência do cabeçote de médio porte (Fig. 3) na faixa de frequência de 600 ... 4000 Hz tem uma irregularidade de 4 dB. A irregularidade da resposta de frequência é caracterizada por um aumento na frequência de 1 kHz e uma queda na faixa de 1,5 a 3 kHz. Ao desenvolver filtros cruzados, é desejável reduzir a irregularidade da resposta de frequência do cabeçote de médio porte. Para fazer isso, é desejável escolher a frequência de cruzamento não muito longe da queda em sua resposta de frequência. Vamos escolher uma frequência de crossover igual a 3 kHz e verificar como ela corresponde aos parâmetros do cabeçote de RF.
A resposta de frequência deste cabeçote (Fig. 4) na faixa de 3 ... 20 kHz tem uma irregularidade de 3 dB, e a frequência de ressonância é de cerca de 950 Hz. Ao projetar um filtro, deve-se levar em consideração que para proteger a cabeça de AF da sobrecarga de média frequência, será necessário garantir que o sinal na frequência de 950 Hz seja atenuado em pelo menos 20 dB. A uma frequência de cruzamento de 3 kHz, a atenuação necessária pode ser alcançada usando um HPF de terceira ordem.
O circuito cruzado é mostrado na fig. 5. Os sinais graves são alimentados ao driver W21EX001 através de um filtro passa-baixa de segunda ordem L4C7, que fornece uma redução de 3 dB SPL a 500 Hz. O circuito R5C8 compensa o aumento da impedância da cabeça com o aumento da frequência. O declínio simétrico na resposta de frequência do cabeçote de médio porte forma um filtro passa-alta de primeira ordem no qual o capacitor C3 opera.
O uso de um filtro de primeira ordem com o roll-off necessário de 12 dB por oitava acabou sendo possível devido ao fato de que o início do roll-off natural da resposta de frequência do cabeçote de médio porte acabou sendo próximo para a frequência de cruzamento. A formação do decaimento da resposta de frequência ocorreu como resultado da interação da característica de transferência do filtro e do decaimento natural da resposta de frequência do cabeçote de médio porte. O pico ressonante na característica Z deste cabeçote é compensado pelo circuito da série L3C6R4. Os elementos R3 e C5 compensam o aumento na resistência do cabeçote de médio porte com o aumento da frequência. No circuito de compensação, R4 é selecionado de forma que a resistência ativa total do indutor e do resistor R4 seja de 9 ohms. Na fig. 6 mostra os resultados da compensação da não linearidade inerente à característica Z da cabeça de médio porte. O filtro passa-baixa de segunda ordem L2C4 gera um roll-off na resposta de frequência do cabeçote de médio porte, que começa em 2,5 kHz.
Junto com a cabeça HF funciona um HPF de terceira ordem, que na frequência de 2,5 kHz fornece uma atenuação de 5 dB. O divisor R1R2 corresponde à cabeça HF em termos de nível de pressão sonora com as cabeças MF e LF. Os parâmetros dos elementos de crossover foram selecionados utilizando o otimizador do programa LEAP de acordo com o critério da resposta de frequência mínima desigual do alto-falante em termos de pressão sonora. Na fig. 7 mostra a resposta de frequência de cabeçotes dinâmicos trabalhando em conjunto com filtros e a resposta de frequência resultante do alto-falante. Para maior clareza, a resposta de frequência dos cabeçotes dinâmicos é reduzida em 1 dB.
A região de radiação conjunta das cabeças LF e MF está na faixa de 400...900 Hz, localizada simetricamente em relação a 600 Hz. Suas respostas de frequência de pressão sonora se cruzam a uma frequência de 550 Hz. A região de radiação conjunta das cabeças MF e HF situa-se na faixa de 2,5 ... 4 kHz, localizada simetricamente em relação a 3,16 kHz. A resposta da pressão sonora das cabeças médias e agudas se cruzam a uma frequência de 2,9 kHz. Na fig. 8 mostra as características de transferência dos filtros.
Considere seus recursos característicos. O filtro, trabalhando em conjunto com a cabeça passa-baixa, cria um ligeiro roll-off na região de baixa frequência. O rolloff começa em 50 Hz e em 20 Hz é de 1 dB. É assim que o efeito de alterar a impedância da cabeça de graves afeta: a impedância diminui de 30 para 8 ohms quando a frequência muda de 50 para 20 Hz. O filtro para cabeçote médio é utilizado além de limitar a banda de frequência de operação e corrigir a resposta de frequência para pressão sonora, nesse sentido, sua característica de transferência na banda de transparência praticamente não possui seção plana. Como resultado, na banda de frequência de 1 ... 3 kHz, a resposta de frequência do alto-falante é de 1,5 dB, enquanto o cabeçote de médio alcance nesta faixa tem uma resposta de frequência de 4 dB. O filtro que protege a cabeça de RF de sinais de baixa frequência fora da banda fornece uma atenuação de 950 dB a uma frequência de 24 Hz. O crossover usa resistores cerâmicos de filme metálico com potência de 5 watts. Capacitores C1, C2, C4 - com dielétrico de polipropileno para tensão de operação de 250 V da Solen. Capacitores C3, C5, C7, C8 - filme com dielétrico lavsan (MKT axial) para tensão de operação de 160 V. C6 - capacitor Jamicon de óxido apolar para tensão de operação de 35 V. Os indutores são enrolados em molduras de Plexiglas. O diagrama mostra os valores máximos permitidos das resistências ativas dos indutores. Os dados de enrolamento das bobinas estão resumidos na tabela. Adotou as seguintes designações: D - diâmetro da moldura; H - altura do enrolamento; T - largura do enrolamento; N é o número de voltas; d - diâmetro do fio.
Na fig. 9 mostra a característica Z de um alto-falante. O módulo mínimo de impedância do alto-falante é 4,3 ohms a 300 Hz. Acima de 3 kHz há um aumento na resistência, atingindo no máximo 18 ohms em 7 kHz.
Este aumento na impedância pode levar a uma reprodução acentuada de altas frequências ao acionar um alto-falante com um amplificador valvulado com impedância de saída mais alta. Para compensar o aumento, um circuito em série R6L5C9 pode ser conectado em paralelo com os terminais de entrada do alto-falante (ver Fig. 5). A característica Z com compensação de elevação é mostrada na fig. 10.
Os fãs da redução do número de elementos de crossover podem excluir a compensação do pico ressonante do cabeçote de médio porte. Na fig. 11 mostra a mudança na resposta de frequência para a pressão sonora deste cabeçote, que é obtida como resultado da exclusão do circuito de compensação R4L3C6. Sem compensação no nível de 12 dB, a diminuição da resposta de frequência adquire uma pequena “prateleira” na faixa de 150...300 Hz. A mudança no decaimento da resposta de frequência ocorre principalmente fora da região de radiação mútua e não leva a mudanças perceptíveis na resposta de frequência do alto-falante. De ouvido é difícil perceber alguma deterioração do som associada à exclusão do circuito de compensação.
A escuta do alto-falante foi realizada com um amplificador de potência transistorizado. Todos os que participaram da audição deram feedback positivo, notando a boa articulação dos graves e o som neutro nos médios e agudos. O som do alto-falante em baixas frequências foi considerado adequado para seu tamanho, mas insuficiente para a reprodução de programas de alta qualidade onde frequências abaixo de 60 Hz desempenham um papel significativo. Você pode expandir a faixa de frequência do alto-falante até 35 Hz introduzindo um inversor de fase para o cabeçote dinâmico W21EX 001. Autor: S.Bat, Moscou
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