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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Alto-falantes com radiadores dipolo. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Alto-falantes O autor propôs um design original de alto-falantes com emissores dipolo. O design acústico dos cabeçotes dinâmicos, destinados principalmente aos alto-falantes automotivos, é feito de tubos de plástico. Também é aceitável usar tubos de papelão ou papel machê de espessura suficiente e diâmetro adequado. Para configurar e verificar os parâmetros do alto-falante fabricado, o autor utilizou o programa de computador SpectraLab. Artigos publicados recentemente na revista Radio mostram que o nível de desenvolvimento dos sistemas de alto-falantes para audiófilos atingiu um novo nível. Obviamente, isso se deve em grande parte à disponibilidade de cabeçotes de qualidade superior. Hoje em dia, os mais comuns à venda são cabeçotes dinâmicos para alto-falantes automotivos de diversas potências, proporcionando qualidade de som bastante elevada. O sistema acústico descrito no artigo pode ser feito com cabeçotes dinâmicos à disposição de um amador, e o uso de conjuntos de cabeçotes prontos para alto-falantes de automóveis simplifica muito sua seleção. O objetivo do desenvolvimento deste projeto foi o desejo de produzir um sistema acústico com boa sonoridade e design original; Além disso, foi interessante ouvir diferentes opções de design acústico dos cabeçotes. Em particular, pretendia-se comparar as características sonoras especiais de alto-falantes bipolares e dipolo, que diferem no padrão direcional e nas características de fase da radiação (mais sobre as características de seu funcionamento abaixo no texto). Como resultado da análise do design de vários alto-falantes (bipolar "Mirage" [1], dipolo "Alon" fabricado pela ACARIAN SYSTEMS, etc.), o autor desenvolveu o design do alto-falante aqui descrito. As caixas do sistema de alto-falantes (Fig. 1) são feitas de tubo de polietileno com diâmetro externo de 160 mm e espessura de parede de 9 mm. Alto-falantes: três vias; cada uma consiste em três caixas separadas combinadas em uma estrutura. A cabeça de baixo dinâmica é instalada horizontalmente no plano da extremidade superior da caixa principal. Seu volume interno de baixo (até os tubos bass reflex, localizados na parte traseira do corpo) é preenchido com enchimento de poliéster de baixa densidade, e acima dos tubos há dois anéis de espuma de borracha densa de 5 cm de largura, que reduzem a posição ondas no corpo. A distância entre os anéis é de cerca de 50 cm.
A caixa de médios instalada acima da cabeça do woofer serve simultaneamente como “difusor” para o emissor do woofer. Esta caixa é feita de uma seção de um tubo semelhante. O volume interno é preenchido com enchimento de três camadas de densidade média (sintepon-algodão-sintepon). Nas laterais das extremidades são fixados suportes de cabeça de plástico de montagem idênticos com redes de proteção removíveis (com cola ou parafusos) A caixa é fixada, como pode ser visto no desenho, por meio de pinos curvos passados pelos suportes salientes da cabeça LF (se não houver tais saliências, pode-se usar, por exemplo, um suporte de duralumínio de 2...3 mm de espessura com as saliências necessárias), e através das paredes do bloco superior. A altura de montagem da caixa é ajustada por meio de porcas figuradas ou regulares. A caixa HF é constituída por um pedaço de tubo de polietileno com diâmetro de 40 mm e é instalada sobre dois pinos decorativos, criando um vão entre as caixas de cerca de 15 mm. As cabeças HF são instaladas em ambos os lados da seção do tubo e fixadas apenas por um ajuste apertado. A aparência dos alto-falantes - na fig. 2.
Tubos com o diâmetro necessário podem ser feitos de papel machê usando o método descrito em “Rádio” [2], e também selecionados entre tubos disponíveis comercialmente para diversos fins. Como último recurso, você pode fazer caixas retangulares com seção quadrada em aglomerado ou MDF (placa de pó de madeira comprimida). O projeto (o diagrama do alto-falante é mostrado na Fig. 3) usa três tipos de cabeçotes dinâmicos. Para a banda LF (BA5) - um cabeçote Kenwood KW-160-1374 com parâmetros Thiel-Small (TS): frequência de ressonância Fs = 45 Hz, fator de qualidade total Qts = 0,5...0,55. Na banda média (VAZ, VA4), são utilizados cabeçotes P130LU15-08-4 da planta de rádio Ryazan com frequência de ressonância Fs = 75 Hz e sensibilidade de 89 dB [3]. Na banda HF (BA1, BA2) são utilizadas cabeças LANZAR (para acústica de automóveis): banda de radiação efetiva - 1...24 kHz, sensibilidade - 94 dB e quase plana, sem ressonância visível, característica de impedância complexa. Nessas cabeças, a cúpula é feita de titânio e um fluido ferromagnético é introduzido na lacuna magnética.
Cabeças MF e HF também podem ser usadas em alto-falantes automotivos componentes de vários fabricantes. Não é desejável usar cabeçotes com buzina HF adicional integrada. Cabeças LF compactas com potência suficiente e diâmetro de 6 a 6,5 polegadas provavelmente também são mais fáceis de encontrar entre aquelas projetadas para alto-falantes de automóveis. É aceitável usar outros drivers de graves disponíveis, mas a montagem da cabeça do woofer e da caixa de médios pode ter que ser alterada. As dimensões calculadas do gabinete com bass reflex para o cabeçote de baixo usado revelaram-se inaceitavelmente grandes (volume Vb, = 42 l), então as dimensões e frequência mais baixa da banda de reprodução foram ajustadas para o gabinete com volume menor. Dois tubos bass reflex são usados para reduzir o comprimento do ressonador com a área da seção transversal calculada. O ressonador bass reflex foi sintonizado sem filtro passa-baixo de acordo com o critério de melhor reprodução do som de baixas frequências, mantendo um som nítido na região de médias frequências. Em seguida, foi verificada a característica de resistência complexa, que mostrou a igualdade dos máximos característicos e a frequência de sintonia do tubo Fb = 42 Hz. Se cabeças LF domésticas forem usadas em alto-falantes, então os parâmetros dos elementos de design (volume da caixa, dimensões do tubo bass reflex, etc.) podem ser encontrados em [4] e nas descrições de projetos com cabeças semelhantes. Este projeto utiliza filtros de segunda ordem (para a cabeça LF) e primeira (para as cabeças MF e HF). Para filtros de terceira ordem (MF e HF), revelou-se difícil obter um som consistente e uma característica de fase aceitável da impedância complexa no projeto acústico selecionado. Na fabricação dos filtros, o autor utilizou capacitores K73-17 com capacidade de 4.7 μF a 63 V, capacitores de óxido com capacidade de 100 e 47 μF da Jamicon (grupos NP não polares). A bobina L1 tem 110 voltas e é enrolada com fio PEL de 0,72 mm sem moldura em um mandril com diâmetro de 20 mm e largura de enrolamento de 10 mm. Para reduzir perdas, a bobina L2 (100 voltas de fio PEL 0,9) é confeccionada com núcleo magnético a partir de um pacote de placas em formato de W com seção transversal de 3,5...4 cm2 (sem jumpers) e enrolada na moldura do um transformador ultrassônico de uma TV antiga. A indutância da bobina L2 é selecionada enrolando parte das voltas. Assistência inestimável na medição de todos os parâmetros dos cabeçotes e do sistema pode ser fornecida pelo programa SpectraLab [5] e um decodificador simples conectado à placa de som do computador (Fig. 4). Usando tal dispositivo, você pode observar a resposta de frequência e a resposta de fase da impedância complexa diretamente no processo de medição dos parâmetros da cabeça, ajustando o ressonador bass reflex e os filtros.
No programa, na seção “Configurações”, é necessário definir o modo de visualização do quociente da divisão da tensão na entrada do canal direito pela análoga do canal esquerdo (ou vice-versa), e também ligue a entrada linear do cartão no modo "Gravar". Como resultado, veremos na tela a resposta em frequência e a resposta em fase do quadripolo em estudo. A placa de som do computador deve ser full-duplex, ou seja, permitir operação simultânea com sua entrada e saída. Em todos os modos, você precisa ativar o gerador de ruído “rosa” integrado na seção “Utilitários” (para obter mais informações, consulte a seção “ajuda” do programa). Ao mudar o programa para o modo de visualização de espectro e selecionar a entrada do microfone da placa de som, você pode medir a resposta de frequência e a resposta de fase da cabeça (sistema) pela pressão sonora com uma precisão determinada pela qualidade do microfone. A resposta de frequência dos microfones de eletreto para computadores é linear o suficiente para avaliar a irregularidade da resposta de frequência de cabeçotes e alto-falantes; além disso, o programa possui recursos para compensar a não linearidade da resposta de frequência do microfone utilizado. Para as medidas acústicas foi utilizado um microfone “YOGA” EM-195 com sensibilidade de 64 ± 3 dB (O dB = 1 V/μbar a 1 kHz) e largura de banda de 20...16000 Hz. Na fabricação de filtros para este sistema acústico, as principais dificuldades foram causadas pela combinação dos cabeçotes de médios e agudos e, no final das contas, a solução mais simples acabou sendo a mais eficaz. Para os cabeçotes utilizados no projeto, filtros de segunda e primeira ordem possibilitaram obter uma resposta de frequência suave. Na Fig. A Figura 5 mostra a resposta de frequência do alto-falante apresentada pelo programa "SpectraLab", obtida quando o microfone foi instalado no eixo de radiação de 0 graus (curva superior) e em ângulo de 90 graus (curva inferior).
A resposta de frequência do módulo de impedância complexa do alto-falante, mostrado na Fig. 6, muda suavemente na faixa de 3,8...8 Ohms. Os desvios na linearidade da resposta de fase não excedem ±45 graus. Deve-se observar que a placa de som utilizada para medições apresenta uma diminuição na resposta de fase acima da frequência de 10 kHz a -90 graus. Portanto, antes da medição, é necessário calibrar o caminho de medição conectando um resistor variável (com escala de resistência ajustável) em vez do cabeçote. Ao mesmo tempo, pode ser usado para medir a impedância complexa do alto-falante.
Ao ouvir o sistema acústico fabricado, foram testadas duas opções de acionamento dos cabeçotes nas caixas de médios e agudos. A primeira opção é quando os cabeçotes dianteiro e traseiro são ligados (levando em consideração sua localização física) em antifase. Neste caso, a característica de radiação resultante pode ser considerada bipolar (radiação para frente e para trás em fase). Sua resposta de frequência (não mostrada no artigo) é igualmente plana nas posições 0 e 90 graus. Em baixas frequências (abaixo de 300 Hz) aparece ondulação, mas isso não prejudica o som. O som adquire maior volume em comparação com um alto-falante convencional. O maior efeito é alcançado quando a distância entre os alto-falantes é superior a 3...4 M. Por exemplo, ao instalar alto-falantes nos cantos diagonais da sala, o equilíbrio estéreo é alcançado pelo regulador correspondente no amplificador, proporcionando um som confortável para filmes caseiros, música leve e jogos de computador. A segunda opção de comutação é quando os cabeçotes são ligados em fase. Como resultado, obtemos um sistema acústico dipolo, cujo padrão direcional pode ser definido como um “oito”, uma vez que a radiação lateral na faixa MF-HF é suprimida. Na realidade, este efeito manifestou-se de forma insignificante: a resposta de frequência ao instalar o microfone lateral, a 90 graus, é, tal como no axial (0 graus), também plana, mas com uma diminuição suave do nível de pressão sonora em frequências médias e altas (ver Fig. 5). Esta inclusão de cabeçotes pode ser considerada isobárica, o que não aumenta a frequência de ressonância dos cabeçotes no projeto acústico e, adicionalmente, reduz até mesmo os harmônicos. Nesse caso, o som, junto com o volume, adquiriu maior precisão no desenvolvimento do palco sonoro e clareza; Esta opção foi preferida pelo autor. Em ambos os casos, o som é qualitativamente diferente do habitual no que diz respeito à profundidade do palco e à sua construção e à pequena dependência do equilíbrio tonal do local de audição. Isso permite que você se mova pela sala tanto na frente do “palco sonoro” quanto diretamente dentro dele, em contraste com a zona de efeito estéreo bastante estreita usual. Os alto-falantes devem ser separados das superfícies refletoras de som mais próximas em pelo menos 40...50 cm, e essas próprias superfícies, se possível, devem ser cobertas com materiais absorventes (por exemplo, cortinas). Em um sistema de home theater multicanal no formato Dolby Surround ProLogic para criar um campo difuso que transmita a atmosfera acústica, o programa de licenciamento Home THX recomenda o uso de radiadores dipolo como alto-falantes traseiros, que devem ser orientados para os ouvintes e não para o lóbulo frontal ou traseiro, mas com o “zero”. Literatura
Autor: S. Alikov, Moscou
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