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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Di una buena palabra sobre el pobre chirriador. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Altavoces Tradicionalmente, la separación de las bandas de frecuencias medias y altas (o midbass-HF) se realiza mediante crossovers pasivos (filtros de separación). Esto es especialmente conveniente cuando se utilizan kits de componentes ya preparados. Sin embargo, aunque las características de los crossovers están optimizadas para un conjunto determinado, no siempre cumplen la tarea. Un aumento en la inductancia de la bobina móvil con la frecuencia conduce a un aumento en la impedancia del cabezal. Además, esta inductancia para los medios graves "promedio" es de 0,3 a 0,5 mH, y ya en frecuencias de 2 a 3 kHz la impedancia casi se duplica. Por lo tanto, al calcular los cruces pasivos, se utilizan dos enfoques: utilizan el valor de impedancia real en la frecuencia de cruce en los cálculos o introducen circuitos de estabilización de impedancia (compensadores Zobel). Ya se ha escrito mucho sobre esto, así que no lo repetiremos. Los chirriadores no suelen tener cadenas estabilizadoras. En este caso, se supone que la banda de frecuencia operativa es pequeña (de dos a tres octavas) y la inductancia es insignificante (generalmente menos de 0,1 mH). Como resultado, el aumento de la impedancia es pequeño. En casos extremos, el aumento de impedancia se compensa con una resistencia de 5-10 ohmios conectada en paralelo al tweeter. Sin embargo, no todo es tan sencillo como parece a primera vista, e incluso una inductancia tan modesta tiene consecuencias interesantes. El problema es que los tweeters funcionan junto con el filtro de paso alto. Independientemente del orden, contiene una capacitancia conectada en serie con el tweeter y forma un circuito oscilante con la inductancia de la bobina móvil. La frecuencia de resonancia del circuito se encuentra en la banda de frecuencia operativa del tweeter y aparece una "joroba" en la respuesta de frecuencia, cuya magnitud depende del factor de calidad de este circuito. Como resultado, la coloración del sonido es inevitable. Recientemente, han aparecido muchos modelos de tweeters de alta sensibilidad (92 dB y superiores), cuya inductancia alcanza los 0,25 mH. Por lo tanto, la cuestión de combinar un tweeter con un crossover pasivo se vuelve especialmente grave. Para el análisis se utilizó el entorno de simulación Micro-Cap 6.0, pero se pueden obtener los mismos resultados utilizando otros programas (Electronic WorkBench, por ejemplo). Sólo se ilustran los casos más típicos, el resto de recomendaciones se dan al final del artículo en forma de conclusiones. Los cálculos utilizaron un modelo simplificado del tweeter, teniendo en cuenta únicamente su inductancia y resistencia activa. Esta simplificación es bastante aceptable, ya que el pico de impedancia resonante de la mayoría de los tweeters modernos es pequeño y la frecuencia de resonancia mecánica del sistema en movimiento está fuera de la banda de frecuencia operativa. Tengamos también en cuenta que la respuesta de frecuencia de la presión sonora y la respuesta de frecuencia de la tensión eléctrica son dos grandes diferencias, como dicen en Odessa. La interacción del tweeter con el crossover se nota especialmente en los filtros de primer orden, típicos de modelos económicos (Figura 1):
Se puede ver que incluso con una inductancia de 0,1 mH hay un pico pronunciado en el rango de frecuencia de 7 a 10 kHz, lo que le da al sonido una coloración "cristalina" característica. El aumento de la inductancia desplaza el pico resonante a frecuencias más bajas y aumenta su factor de calidad, lo que provoca un notable "ping". Un efecto secundario de un aumento en el factor de calidad, que puede convertirse en beneficio, es un aumento en la pendiente de la respuesta de frecuencia. En la región de la frecuencia de cruce, se acerca a los filtros de segundo orden, aunque a gran distancia vuelve al valor original de primer orden (2 dB/octava). La introducción de una resistencia en derivación le permite "domesticar" la joroba en la respuesta de frecuencia, de modo que algunas funciones del ecualizador se puedan asignar al crossover. Si la derivación se realiza sobre la base de una resistencia variable (o un conjunto de resistencias con un interruptor), entonces puede incluso ajustar rápidamente la respuesta de frecuencia entre 6 y 10 dB. (Figura 2):
Sin embargo, los filtros de primer orden proporcionan muy poca atenuación fuera de la banda operativa, por lo que sólo son adecuados para una potencia de entrada baja o una frecuencia de cruce suficientemente alta (7-10 kHz). Por tanto, en los diseños más serios se utilizan filtros de órdenes superiores, del segundo al cuarto. Consideremos las posibilidades de influir en la respuesta de frecuencia de los filtros de segundo orden, como las más comunes. Para mayor claridad, se utiliza un modelo con alta inductancia. Se obtienen los mismos resultados con los tweeters tradicionales, solo que los parámetros del filtro y el grado de influencia en la respuesta de frecuencia serán diferentes. Para tweeters con baja inductancia, no es necesaria una derivación. El primer método consiste en cambiar el factor de calidad del filtro a una frecuencia de cruce constante debido a la relación entre la capacitancia y la inductancia del filtro (Figura 3):
Es difícil cambiar simultáneamente la capacitancia y la inductancia en un crossover, por lo que este método es inconveniente para el ajuste operativo. Sin embargo, es indispensable en los casos en que el grado de corrección requerido se conoce de antemano, en la etapa de diseño. El segundo método consiste en ajustar el factor de calidad mediante una derivación (similar al método analizado anteriormente para un filtro de primer orden). El factor de calidad inicial del filtro separador se selecciona alto (Figura 4):
El tercer método consiste en introducir una resistencia en serie con el tweeter. Este método es especialmente conveniente para tweeters con una inductancia superior a 100 mH. En este caso, la impedancia total del circuito “resistencia-tweeter” cambia ligeramente durante el proceso de regulación, por lo que el nivel de la señal prácticamente no cambia (Figura 5):
Hallazgos
Los métodos propuestos para regular la respuesta de frecuencia también son aplicables a filtros de órdenes superiores, pero dado que allí aumenta el número de "grados de libertad", es difícil dar recomendaciones específicas en este caso. En la Figura 6 se muestra un ejemplo de cómo cambiar la respuesta de frecuencia de un filtro de tercer orden debido a una resistencia en derivación:
Se puede observar que la respuesta de frecuencia adquiere un aspecto diferente, lo que afecta significativamente el timbre del sonido. Por cierto, hace unos 20 años, muchos altavoces "domésticos" de tres o cuatro vías tenían una respuesta de frecuencia conmutable "normal/cristal/chirrido" ("chirrido-cristal suave"). Esto se logró cambiando el nivel de las bandas de frecuencia media y alta. Los atenuadores conmutables se utilizan en muchos crossovers y, en relación con el tweeter, pueden considerarse una combinación de circuitos estabilizadores en serie y en paralelo. Su impacto en la respuesta de frecuencia resultante es bastante difícil de predecir, en este caso es más conveniente recurrir al modelado.
La Figura 7 muestra el diagrama y la respuesta de frecuencia de un filtro de tercer orden desarrollado por el autor para los tweeters Prology RX-20s y EX-20s. El diseño utiliza condensadores K73-17 (2,2 µF, 63 V) e inductores caseros. Para reducir la resistencia activa, se enrollan sobre anillos de ferrita. Se desconoce el tipo de núcleo: diámetro exterior de 15 mm, permeabilidad magnética del orden de 1000-2000. Por tanto, el ajuste de la inductancia se realizó mediante el dispositivo F-4320. Cada bobina contiene 13 vueltas de alambre aislado con un diámetro de 1 mm. La calidad del sonido resultó ser mucho mayor que la original y la regulación de la respuesta de frecuencia correspondió plenamente a la tarea. Sin embargo, cabe señalar que el filtro resultó problemático: la impedancia de entrada tiene un mínimo pronunciado y la protección del amplificador puede activarse. Autor: A. Shikhatov
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