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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Altavoces de tres vías con inversor de fase. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Altavoces El autor se ha dedicado profesionalmente al diseño y producción de sistemas acústicos exclusivos durante muchos años. En este artículo, habla sobre el diseño de un conjunto de altavoces estéreo de tres vías, donde se instalan cabezas dinámicas de alta calidad de fabricantes extranjeros conocidos. El crossover también utiliza componentes de alta calidad que mejoran la fidelidad de reproducción de grabaciones musicales de varios géneros. Este sistema acústico fue una de las exhibiciones de la exhibición Russian Hi-End 2015, donde despertó el interés de muchos visitantes y obtuvo altas calificaciones de expertos y aficionados durante la escucha de demostración. El proyecto de este sistema de altavoces (AS) se inició hace mucho tiempo, pero el primer par se completó solo en la 15.ª exhibición rusa de alta gama en noviembre de 2015. El segundo par se hizo recientemente con cambios menores: el gabinete se simplificó y el cruce se modificó ligeramente de acuerdo con los resultados de escucha y medición. Los altavoces utilizaron cabezales dinámicos: Morel ET338-104 de alta frecuencia [1], Scan-Speak 15M / 4531K00 de frecuencia media [2] y SEAS H1215 de baja frecuencia [3]. El tweeter de cúpula blanda de una empresa israelí se distingue por un sistema magnético muy potente y una distorsión no lineal baja. A pesar de la presencia de fluido magnético en el espacio, tiene un sonido dinámico y reproduce bien el sonido de los instrumentos de percusión y metales. El cabezal de gama media con un diámetro de 15 cm de la empresa danesa Scan-Speak de la serie Reve-lator se ha convertido en uno de los mejores cabezales de gama media de todos los fabricantes. Su sistema de movimiento tiene un gran recorrido lineal (específicamente para una cabeza de rango medio) y permite una frecuencia de cruce relativamente baja. Las distorsiones no lineales en la banda de frecuencia operativa son muy pequeñas: el sistema magnético tiene dos anillos de cobre linealizantes. El cono de papel tiene muescas especiales que brindan una respuesta de frecuencia más suave al final del modo pistón. Los woofers con un diámetro de 18 cm (6,5 pulgadas) de la empresa noruega SEAS son ordinarios con un cono de papel impregnado desde el exterior. La impregnación proporciona una disminución suave en la respuesta de frecuencia por encima de la banda de frecuencia operativa. Cada altavoz tiene dos cabezas de este tipo en total. Diseño acústico - con inversor de fase (FI). Dos cabezas de 6,5" tienen un área de cono ligeramente más grande que una cabeza de 1215". También en el H800 el modo pistón se extiende hasta los 8 Hz, y en el cabezal de 600" de la misma empresa el modo pistón termina en frecuencias superiores a los 1215 Hz. HXNUMX parámetro de aceleración Bl/Mms \u496d 350, y para una cabeza de ocho pulgadas, por lo general, no supera los XNUMX. El volumen requerido para cabezales de baja frecuencia y la frecuencia de sintonización FI se pueden estimar en el programa Unibox Excel (freeware) (autor: Dane Kristian Kougaard), ingresando los parámetros del cabezal de la hoja de datos. Este programa simple y conveniente le permite tener en cuenta muchos parámetros del cabezal, varias configuraciones y calcular varios diseños. Al calcular, es necesario tener en cuenta la resistencia activa estimada de la bobina del filtro de baja frecuencia. Para dos H1215 conectados en paralelo, los cálculos muestran un volumen óptimo de unos 32 litros, y con un diámetro de tubería inversor de fase de 66 y una longitud de 116 mm, la frecuencia de sintonización FI es de unos 43 Hz. Estas dimensiones corresponden a las dimensiones del inversor de fase AH-4 fabricado en China terminado. Posteriormente, el tubo FI se cortó a una longitud de 100 mm. La frecuencia de sintonización real se convirtió en unos 44 Hz. En los altavoces prototipo, los woofers se instalaron cada uno en su propio compartimento, lo que permitió medir correctamente. Los dibujos del cuerpo y sus partes (marco para tela - parrilla) se muestran en la fig. 1 y 2
La caja está hecha de material MDF (a veces se usa MDF translit, una fracción de madera finamente dispersa). El panel frontal y la base tienen un grosor de 25 mm, los otros paneles tienen un grosor de 16 y 20 mm. La caja tiene un acabado de chapa y está unida a una base extraíble, pintada de negro. Se recomienda montar los altavoces en puntas, para las cuales se proporcionan casquillos roscados de acero en la base. Cuando se diseña un sistema acústico desde cero, es posible que se necesiten maquetas de gabinetes para probar el diseño, pero en este caso (para la exhibición) se decidió pedir un gabinete terminado enchapado de inmediato. La partición inclinada entre los compartimientos de medios y bajos en el altavoz está hecha para suprimir parcialmente la onda estacionaria vertical en el gabinete y para reducir el volumen del compartimiento de medios. Con una partición horizontal, este compartimiento resultó ser demasiado grande, y para obtener el volumen requerido del compartimiento de bajos, fue necesario aumentar la altura total del altavoz, que ya era más de un metro (1052 mm sin Picos). El compartimento de rango medio está lleno de acondicionador de invierno sintético en más del 50 %, pero el espacio cerca del cabezal de rango medio está libre de acondicionador de invierno sintético. No se puede calcular correctamente un filtro de altavoz sin haber medido la respuesta en frecuencia de la presión sonora y la impedancia de cada parlante instalado en la caja. Las mediciones acústicas requieren un complejo de medición. En su forma más simple, es un micrófono, una tarjeta de sonido de computadora y un programa de computadora para cálculos electroacústicos. Utilizo el complejo de medición LMS de la empresa americana LINEARX. Actualmente no está disponible, pero es muy conveniente para las mediciones y le permite medir la respuesta de frecuencia en una habitación no preparada. El complejo incluye un micrófono, placa de circuito impreso y software. Existen otros instrumentos de medición, por ejemplo, Clio de la empresa italiana Audiomatica SRL o MLSSA, sin embargo, para las mediciones de aficionados, estos sistemas son muy costosos. Una herramienta más sencilla es LoudSpeaker LAB 3 de un autor sueco, pero no es gratuita. El programa le permite utilizar una tarjeta de sonido de computadora con un micrófono adecuado para este propósito. Una solución completa y relativamente económica es el ATB PC PRO de la empresa alemana Kirchner. A pesar de una implementación un poco primitiva, este programa de computadora le permite realizar mediciones que son suficientes para fabricar altavoces de alta calidad. En la fig. 3 muestra la respuesta de frecuencia de cabezas dinámicas, medida por la presión del sonido, y en la fig. 4 - características de su impedancia. La respuesta de frecuencia se midió a una distancia de 0,5 m a lo largo del eje de radiación de los cabezales correspondientes. La línea de puntos es para el tweeter, la línea de puntos y guiones es para el cabezal de rango medio, la línea continua es para el woofer.
La respuesta de frecuencia de presión de sonido se suaviza para facilitar su uso. El sistema no está calibrado para medir el valor absoluto de la presión sonora, por lo que las gráficas no se corresponden con la sensibilidad declarada de los cabezales. El nivel de la señal se selecciona en función de la conveniencia de las mediciones para que el ruido del sistema no interfiera y no haya una gran distorsión. Después de las mediciones, los gráficos se exportan a un programa simulador, lo que le permite simular la respuesta de frecuencia y otros parámetros del sistema, teniendo en cuenta el filtro. El programa también te permite calcular los elementos de los filtros de cruce y optimizar la respuesta de frecuencia. Estoy usando LspCAD 5.25 de Ingemar Johansson. Es bastante poderoso, pero no muy difícil de dominar. Hay una versión posterior, pero no es lo suficientemente conveniente. También hay un programa LEAP muy poderoso del mismo LINEARX que produjo LMS. Es más avanzado, pero difícil de usar. El resultado final de la simulación se muestra en la fig. 5. El gráfico superior muestra la respuesta de frecuencia total en el eje del cabezal HF en el infinito (línea gruesa) y la respuesta de frecuencia de los cabezales con sus propios filtros (líneas finas). La respuesta de frecuencia no se puede llamar uniforme, pero esto no es crítico, ya que el simulador muestra una respuesta de frecuencia más uniforme en el eje en 5 grados. por encima del eje de la cabeza HF. El gráfico inferior es una característica de la impedancia de los altavoces y de los cabezales con los filtros adecuados.
El circuito de filtro cruzado para un canal de altavoz se muestra en la fig. 6.
El crossover LF utiliza un filtro de primer orden (inductor L4). La banda media también está cortada en la parte superior e inferior por un filtro de primer orden (C2 y L2). El filtro de segundo orden (dL1) se aplica a la banda de alta frecuencia. Los órdenes acústico y eléctrico del decaimiento del filtro no suelen coincidir, ya que los AFC de los parches tienen su propio desnivel en la banda de retardo del filtro. Por lo tanto, las declinaciones reales cerca de las frecuencias de cruce en las bandas de bajos y están cerca de la primera, en las bandas de rango medio arriba y HF - más cerca de la tercera debido a las propias caídas de respuesta de frecuencia de los parches, que se suman a la caída proporcionada por el filtro eléctrico. En los altavoces, todos los cabezales están conectados en fase. Por lo general, los cabezales de bajo no se pueden reducir con un filtro de primer orden y sin inversión de polaridad; el segundo orden se usa con más frecuencia. Aquí fue posible a costa de una mayor desigualdad de la respuesta de frecuencia total. El orden de filtro bajo significa áreas de cooperación de cabeza más amplias y patrones de lóbulo vertical con lóbulos centrales estrechos. Pero los altavoces con filtros de orden bajo suenan más naturales, cohesivos y vivos. El circuito R6C5, junto con la bobina L4, forma un filtro de bujía que elimina un pequeño sobreimpulso en la respuesta de frecuencia de los cabezales del bajo, que es audible si no se toman medidas especiales. Al mismo tiempo, este circuito reduce ligeramente la pendiente de la respuesta de frecuencia por encima de la frecuencia de cruce, por lo tanto, para compensar esta disminución de la pendiente, se introduce el circuito R7C6. El circuito L5C7 (a modo de muesca) elimina la subida de impedancia de la sección de graves a frecuencias en torno a los 75 Hz. Esto es necesario para eliminar el pico en la respuesta de frecuencia del altavoz, que enmascara los graves más bajos. Este fenómeno se llama "bombeo", el término fue propuesto por SD Batem. La mayoría de los fabricantes de altavoces no tienen en cuenta este fenómeno, aunque hay diseños de altavoces que utilizan un circuito de ecualización de impedancia similar. Los condensadores de polipropileno se utilizan en el cruce, y C1 y C2 son Mundorf Supreme (caros, negros; vea la foto a continuación). El precio de los condensadores C2, C3 (un conjunto de cuatro) es acorde con el precio de un cabezal de rango medio, pero en un buen camino, la diferencia en el sonido de los altavoces con tales condensadores es notable. Para ahorrar dinero, puede reemplazarlo con otro: Mundorf Msar (blanco). Puede usar parte Supreme y parte MCap (como C4). Condensador C7 - óxido no polar (Mundorf Bipolar). Bobinas: ordinarias de alambre de devanado, excepto L2 (Mundorf CFC16), que se enrolla con devanado de cinta (alambre JBSPL. Diámetros de alambre para bobinas L1 y L3 (Mundorf L100) - 1 mm, para L4 (Mundorf L140) - 1,4 mm, para L5 (Mundorf L71) - 0,71 mm (resistencia de aproximadamente 4,5 ohmios) La bobina L5 puede estar en un núcleo ferromagnético, y su resistencia puede diferir, en este caso, la suma de la resistencia de la bobina L5 y una resistencia adicional (no se muestra en el diagrama) debe ser aproximadamente igual a 4,5 ohmios. Resistencias en el cruce - óxido de metal (Mundorf MResist MOX). En la foto de la fig. 7 el crossover se muestra ensamblado. Las piezas se montan en los terminales mediante montaje superficial y se fijan con pegamento caliente a un panel de MDF, madera contrachapada u otro material con un espesor de 3 ... 6 mm. Los filtros están ensamblados en dos paneles: juntos para frecuencias medias-altas y por separado para frecuencias bajas. El panel de filtro de paso bajo está fijado a la pared lateral de los altavoces en el compartimento inferior de cabezales de graves, y el panel de filtro para los cabezales de frecuencias medias y altas está fijado a la pared lateral en el compartimento superior de cabezales de graves. Los agujeros por los que pasan los cables de los filtros a los medios y tweeters hay que sellarlos con plastilina.
Veamos qué impedancia real y respuesta de frecuencia proporciona este crossover. En la fig. 8 muestra la respuesta de frecuencia de los altavoces en una habitación, tomada desde una distancia de 1 m a lo largo del eje del cabezal de HF. Se puede ver que es similar al producto de simulación (ver Fig. 4), pero resultó ser más uniforme de lo que predijo el simulador. Esto sucede a menudo debido al hecho de que los cabezales dinámicos se consideran de fase mínima por defecto en el modelado y las mediciones, pero en realidad, fuera del modo pistón, esto puede no ser cierto.
Por lo tanto, no será posible simular inmediatamente el filtro "correcto". Requiere cambios de filtro y mediciones y escuchas adicionales. En realidad, la respuesta de frecuencia (suavizada a un tercio de octava) cae dentro de una desviación de ±3 dB, si no presta atención a la respuesta de frecuencia por debajo de 300 Hz, donde la sala afecta significativamente. En particular, debido a la interferencia del directo de los parlantes y las señales reflejadas desde el piso, el micrófono tiene una caída en la respuesta de frecuencia en la región de alrededor de 200 Hz. Al alejarse de los altavoces, este efecto se nivela. Los máximos locales en las frecuencias de 34 y 60 Hz se deben a las ondas estacionarias que percibe el micrófono en un punto determinado (a 34 Hz - entre paredes, a 60 Hz - entre suelo y techo). El máximo a 140 Hz se debió a los reflejos de los muebles cercanos. Dadas las ligeras características de suavizado, el resultado es bastante decente. En la fig. 9 muestra la respuesta de frecuencia de la impedancia del altavoz. Prácticamente coincide con el calculado en la simulación. Un pequeño pico a 180 Hz es una onda estacionaria vertical no suprimida en la sección LF. Las etiquetas a 100 Hz y 1 kHz son generadas por software, en realidad no lo son.
Se puede ver que la impedancia en el rango de frecuencia de trabajo no cae por debajo de los 3,3 ohmios y no supera los 7,2 ohmios (a excepción de la joroba de baja frecuencia del inversor de fase). El sistema se puede considerar nominalmente de cuatro ohmios y se puede usar con un amplificador de válvulas, ya que tiene una impedancia bastante uniforme y una sensibilidad bastante alta. Especificaciones de los altavoces
En la foto de la fig. La figura 10 muestra el primer juego de altavoces estéreo (cajas a lo largo de los bordes del stand), fabricados y presentados en la exhibición Russian Hi-End en 2015. Según muchos visitantes, con un costo promedio de componentes y fabricación, la calidad del El acabado de los estuches es bastante alto, y el sonido de los parlantes se califica de balanceado y natural en muchos géneros musicales, aunque, hay que reconocerlo, el autor no tenía ahí fonogramas de "heavy metal" o "rock".. .
Nota. Hay un error tipográfico en el diagrama de filtro. R6 no es de 2.2 ohmios, sino de 22. Para Vladimir: la bobina L3 está enrollada con un cable de 1 mm. Todas las bobinas Mundorf. La resistencia total R5L3 es de unos tres ohmios. Literatura
Autor: G. Krylov
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