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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sistemas acústicos con patrón de radiación circular (campo espacial AS). Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Audio La tarea principal de la reproducción de sonido electroacústica (en la versión más idealizada) es asegurar que el campo sonoro secundario en el lugar de escucha se corresponda con el primario en el lugar donde se desarrolla la acción en sí. Estando en la calle, en el bosque, en el campo o en cualquier otro lugar, escuchando, podemos localizar con bastante libertad las fuentes de estos sonidos desde todos los lados. La mayoría de las fuentes de sonido en el mundo que nos rodea están cerca de fuentes puntuales (en comparación con la longitud de onda de las vibraciones del sonido). Estas fuentes emiten un espectro de frecuencia que cambia dinámicamente y, dependiendo de la ubicación de la fuente de sonido sobre el nivel del piso o del suelo, se forma una onda hemisférica o esférica. Puede que se me objete dar un ejemplo de una cuerda que vibra, pero tomemos una guitarra eléctrica en la que la pastilla se encuentra más cerca del final de las cuerdas. Parece ser solo frecuencias altas, pero la pastilla transmite una amplia gama de frecuencias. Casi todo el espectro de frecuencias de vibración se puede tomar de cada sección de la cuerda. Imaginemos mentalmente el siguiente experimento: en la pared de una habitación sin ventanas, a una distancia de, por ejemplo, 2 m, se recortan dos aberturas que dan a la calle con un diámetro igual al difusor del altavoz. Así, obtendremos el equivalente de un sistema de altavoces que tiene un patrón de radiación diferente para diferentes frecuencias, y el patrón será más estrecho para frecuencias altas. Nos sentamos en la habitación y tratamos de entender lo que está pasando en la calle. Y ahora salgamos: los sonidos nos rodearán. Es a la reconstrucción del campo de sonido espacial a donde se dirigen los esfuerzos de los desarrolladores de sistemas acústicos de campo espacial (ASFS). La mayoría de los sistemas existentes son de radiación vectorial, es decir, direccional, al menos en parte de la banda de audiofrecuencia. La tarea de marcar una habitación es llenarla con un campo de sonido uniforme (presión) en todos sus puntos sin máximos ni huecos. Imagine tal experimento: una sala de espejos, y debe estar iluminada de manera uniforme. Si tomamos linternas de luz direccional (emisores vectoriales), obtendremos rayos de luz separados reflejados en las paredes del espejo, habrá máximos y caídas. Si tomamos una lámpara mate no direccional (o dos lámparas espaciadas), obtendremos una habitación llena de luz más uniforme. De este experimento, llegamos a la conclusión de que una menor emisión de sonido direccional de los altavoces crea un campo de sonido más uniforme. Los cabezales dinámicos utilizados como fuentes de sonido no permiten reproducir todo el rango de frecuencias audibles sin una distorsión apreciable. Para resolver este problema, se producen cabezales de banda optimizados para su banda de frecuencia. Por lo tanto, los altavoces constan de varios cabezales espaciados en el panel frontal de los altavoces, y solo una parte del espectro de la señal de audio se alimenta a cada uno de los cabezales de tira, y cada uno de estos cabezales tiene su propio patrón de directividad. Existen algunos problemas en los altavoces multivía con cabezas dinámicas espaciadas: diferentes tiempos de retardo de la señal en las bandas debido al retardo en los filtros de cruce, emisión no puntual del espectro de sonido, lo que conduce a un cambio en el patrón de radiación en la banda región de separación. El patrón direccional diferente de los radiadores de tira, dependiendo de la ubicación de los oyentes, conduce a la coloración del timbre del sonido de los instrumentos musicales. Conclusión: el campo de sonido secundario fundamentalmente no puede corresponder al primario - fig. 1. Surge la pregunta inevitable: ¿qué hacer?
Primero, un poco de historia. En 1898, Oliver Lodge inventó el altavoz dinámico, cuyo diseño ha sobrevivido en gran medida hasta nuestros días. En 1948, el primer altavoz "DualConcentric" de Tannoy se presentó en el "Radio Show" de Londres, el primer controlador coaxial de dos vías equivalente a un punto. Realmente fue un gran avance que conserva sus ventajas hasta el día de hoy, sin embargo, un altavoz coaxial con un radiador de bocina de alta frecuencia tiene un área muy pequeña de escucha cómoda debido a la agudización de la directividad con el aumento de la frecuencia de la señal. En el diseño coaxial, el radiador de alta frecuencia está ubicado en la parte superior del cono del radiador de baja frecuencia, que actúa como una bocina móvil (!), afectando el color del timbre según la posición del oyente. El siguiente paso hacia la creación de APMS fue realizado por el ingeniero V. I. Shorov. El sistema acústico 30AS103P desarrollado por él fue producido por la planta de Yantar y se describe en [1]. Este es un altavoz de dos vías, donde dos cabezales dinámicos se instalan en un plano horizontal y cada uno se dirige a su propio cono de dispersión, convirtiendo la radiación vectorial en escalar (no direccional). Dado que el emisor de alta frecuencia (cabeza) está instalado sobre el de baja frecuencia, no obtenemos una fuente absolutamente puntual, pero en el plano horizontal obtenemos una fuente con un patrón de radiación circular. Otro paso hacia la creación de una fuente de sonido omnidireccional puntual (más precisamente, con un patrón de radiación) fue el diseño (Fig. 2) propuesto por Yu. Gribanov y A. Klyachin.
En él, se instalan seis pares de cabezales en los seis lados de la carcasa del altavoz. Este AS no puede llamarse ASPP, ya que hay una componente vectorial de la radiación. Pero es una fuente de sonido omnidireccional puntual. Hay un inconveniente más: la misma señal es emitida por varios cabezales y es imposible lograr su funcionamiento sincrónico y parámetros idénticos. Esto puede conducir a la pérdida de los matices más finos de la banda sonora. La llamada contra-apertura AS (Fig. 3), propuesta por A. Vinogradov y A. Gaidarov, corresponde más completamente a la ideología de ASPP.
Se crea una fuente de presión de sonido omnidireccional de punto virtual en la banda AF completa. El componente vertical de la onda de sonido se suprime un poco. Pero volvemos nuevamente al mismo problema que en el caso anterior: no se obtiene una estructura absolutamente simétrica. A frecuencias altas, las ondas sonoras emitidas por los dos cabezales pueden estar desfasadas y la interferencia resultante distorsionará el timbre original. La distorsión, por supuesto, es menor que en el método anterior (menos cabezales), pero el problema persiste. Hay otro problema con este diseño. El uso de dos cabezas de banda ancha no siempre le permite reproducir el rango de frecuencia requerido, incluso si usa coaxial (bidireccional). No es posible implementar los tres carriles necesarios en una estructura de este tipo. El principio de funcionamiento del tercer tipo de AMS es fácil de entender a partir del diseño, que se muestra convencionalmente en la Fig. 4. La exclusión de la mitad del conjunto de altavoces del AS de contraapertura nos permite evitar sus inconvenientes inherentes. También emite ondas de sonido con un patrón circular en todo el rango de frecuencia.
En la actualidad, nuestra empresa, que tiene varias patentes para tales AU, produce APCS de acuerdo con dos estructuras. De dos carriles, hecho de acuerdo con la fig. 5, están disponibles en tres volúmenes: 5, 10 y 40 litros para uso doméstico en salones. Para salas de cine pequeñas, se produce un sistema de control automático especial de 1000 W, que proporciona una alta presión de sonido. La estructura del ASPP, que se muestra en la fig. 6 implementa un principio de separación de espectro de tres bandas, que simplifica enormemente el problema de la selección de cabezales. Entre los productos de la empresa, también hay un ASPP con un volumen de caja de 70 litros, está diseñado para la reproducción de alta calidad de fonogramas estereofónicos.
Si hablamos de las características del AES, entonces, en comparación con los altavoces de radiación directa, podemos suponer cierto debilitamiento del ataque en el sonido de los instrumentos, ya que el sonido se irradia en todas las direcciones y no se dirige a los oyentes. Pero, ¿qué da el uso de este tipo de altavoces en salas reales? Se crea un campo de sonido espacial uniforme: estés donde estés, el sonido tiene el mismo timbre en todas partes. Ya sea que esté de pie frente a los altavoces o al costado, el sonido no cambia, está rodeado por un campo de sonido uniforme. Resulta un sonido muy cómodo de grandes áreas: una sensación inusual de comodidad y la implicación emocional crean un ambiente que es inalcanzable con los altavoces convencionales. Los tres tipos de AMS que se muestran aquí no agotan la variedad de opciones diferentes. Decir inequívocamente que un sonido es mejor o peor que otro cuando se supera un cierto umbral de calidad carece en gran medida de sentido: la percepción es el reino de las emociones, y son diferentes, por eso existen muchos amplificadores y sistemas acústicos. Pero lo que está claro es que este sonido está más cerca de la naturaleza que nos rodea. Como ejemplo, considere el sistema de altavoces AC200 fabricado por nuestra empresa. Este sistema se fabrica en versión de sobremesa y suspendido mediante cabezales dinámicos fabricados por Laboratorio ASA [2]. Usamos el modelo B1602.8 como woofer y el T252.4 como tweeter. En la fig. 7 muestra un dibujo simplificado del AC.
Este diseño vertical de los altavoces permite el uso de un tubo como gabinete, lo que se compara favorablemente con los gabinetes cúbicos estándar. Como envolvente 11 (Fig. 8), se eligió un tubo de plástico PVC de 200x4,9x2000, que se utiliza, en particular, en sistemas de alcantarillado. Un tubo con una longitud de 2 m es suficiente para dos altavoces. Los anillos 1, 2, 6, 10 están hechos de MDF de 16 mm de espesor. En la fig. 9 muestra un dibujo de las partes 2, 6. Las partes se fijan al cuerpo con tornillos avellanados de 3x19 mm (3-4 piezas). El filtro 2 está unido a la parte 9, que está instalada en la parte inferior de la caja, tiene un orificio para la salida del cable de señal. La parte 6, en la que se instalan los cabezales dinámicos, se monta en la carcasa 11 con la condición de que el plano superior del anillo esté al ras con el borde inferior de las ventanas de la carcasa 11. Para tender el cable que va al cabezal HF 4, no se instala un tornillo autorroscante, y el cable se pasa a la cabeza HF, que se fija de alguna manera (en capós, en una estructura soldada con alambre de cobre con un diámetro de 5 ... 1 mm) y fijado con tornillos autorroscantes que sujetan la cabeza LF. El requisito principal es proporcionar el espacio libre necesario entre el cono del cabezal de alta frecuencia y el cono de dispersión 1,5. El cono que se muestra en la fig. 3, puede ser de MDF o plástico grueso. Para endurecer el cono de plástico se puede espumar.
Es deseable una superficie de cono lacada brillante para reducir la pérdida a altas frecuencias. El cono se fija en la parte 2 con pegamento. Como absorbente de sonido, se usa un acondicionador de invierno sintético delgado, que se rellena herméticamente; el criterio para la densidad de empaquetamiento es la ausencia de murmullos en el registro de baja frecuencia. Puede intentar verter una capa de 5 ... 10 cm de espesor de carbón activado fino, que debe cubrirse con un acondicionador de invierno sintético desde arriba. Las partes 1 y 10 definen el aspecto y se pueden pintar o enchapar. La parte 1 se une a la parte 2 con tacos o pequeños tornillos autorroscantes, y la parte 10, con tornillos autorroscantes, con la liberación del cable de conexión. Para dar una presentación a los oradores, puede coser una "media" de tela sintética delgada y unirla con una grapadora a las partes superior e inferior 2. El circuito del filtro cruzado se muestra en la fig. once.
El inductor L1 está enrollado con un alambre esmaltado con un diámetro de 0,5 ... 0,8 mm en un tubo de plástico con un diámetro de 25 mm, el ancho de bobinado es de 20 mm. 120 vueltas de alambre de 10,2 m de largo crean una inductancia de 0,3 mH. Condensador C1 - K73-17 o K78-2 (mejor). La resistencia R1 con una resistencia de 0,2 ohmios está hecha de alambre de alta resistencia: toman una pieza de varios metros de largo, miden su resistencia y muerden la parte correspondiente a la resistencia deseada. El diámetro del cable debe ser de al menos 0,2 mm. La fase (polaridad) de giro de las cabezas se determina empíricamente. El diagrama aquí muestra la polaridad optimizada cuando se mide con ruido rosa. Literatura
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