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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Subwoofer para coche. Parte 1. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Altavoces Necesitas bajo en un coche. Esta afirmación, trivial desde el punto de vista de muchos, incluido el autor, prologo todo lo que sigue, especialmente a favor de aquellos que no comparten este punto de vista, para que puedan, con la conciencia tranquila, profundizar en otros materiales. publicado en este número del Salón AV". Mientras tanto, intentaremos, dentro del volumen asignado de páginas de la revista, decidir qué se necesita hacer para obtener tanto bajo por nuestro dinero como necesitemos (o tanto como queramos) y como queramos (o como necesitamos). La conocida confusión en la comprensión de los principios de formación de la sección de graves de la acústica del automóvil se debe en gran medida a la política de información de la publicidad y, a menudo, a las publicaciones de referencia. Allí, a un comprador potencial se le dice en primer lugar el tamaño del altavoz, luego su potencia, luego otro "rango de frecuencia" mítico y lo completa con un acorde de precio victorioso. ¿Todo? ¡No estaba allí! Aquí es donde todo comienza. En inglés, el hablante en sí se llama controlador, una unidad, y esto es muy correcto. Así como un motor se convierte en un automóvil solo enriqueciéndose con todo lo que la humanidad ha desarrollado para esto, así un parlante se convertirá en un altavoz solo en su diseño acústico. Con cabezas de alta y media frecuencia, la situación es relativamente simple: las cabezas de alta frecuencia llevan su diseño acústico en sí mismas, y las de gama media requieren un tamaño mínimo. Los bajistas son otra cosa. Aquí, casi todo está determinado por la elección del diseño acústico, y dependiendo de esta elección, todos los parámetros que se le informan estarán sujetos a revisión: tanto la potencia como el rango de frecuencia y, en cierto sentido, el precio. Porque con una hábil elección de parámetros, puede lograr el sonido nauseabundo del altavoz de bajo más caro y pura sangre. Caravana, caravana…. La revista se refirió brevemente a los principales tipos de diseño acústico, ahora es el momento de "anunciar la lista completa". No es tan largo:
La tarea de cualquier diseño acústico de baja frecuencia se resuelve según el antiguo principio de "divide y vencerás". "Separado" significa que las vibraciones emitidas por un lado del difusor deben estar de alguna manera separadas de las vibraciones creadas por el otro lado del mismo, simultáneamente y en antifase con las primeras. "Conquistar" significa que con las ondas de sonido "superfluas" cortadas de esta manera, uno puede actuar de diferentes maneras. Históricamente, el primer diseño acústico fue una pantalla acústica. Mantiene la defensa, no permitiendo oscilaciones de un lado al otro del difusor y no permitiendo que se cancelen entre sí hasta frecuencias en las que la distancia más corta entre los lados frontal y posterior del difusor se vuelve comparable a la mitad de la longitud de onda de la frecuencia emitida. Y por debajo de esta frecuencia, la pantalla acústica "señala una incapacidad total" y permite que las ondas en contrafase se apaguen unas a otras a su antojo. Para suprimir un cortocircuito acústico a una frecuencia de, digamos, 50 Hz, el escudo debe tener un tamaño de 3 metros por 3. Por lo tanto, este tipo de diseño acústico hace tiempo que perdió su valor práctico, aunque todavía se usa como referencia. al medir los parámetros de los altavoces. Estructuralmente, el diseño acústico más simple de los utilizados en la práctica es una caja cerrada (sellada o cerrada en terminología extranjera). Aquí, las vibraciones innecesarias se tratan con decisión y frialdad: encerradas en un espacio cerrado detrás del difusor, tarde o temprano se desvanecerán y se convertirán en calor. La cantidad de este calor es insignificante, pero en el mundo de la acústica todo tiene la naturaleza de pequeñas perturbaciones, por lo que la forma en que se produce este intercambio termodinámico no es indiferente a las características del sistema acústico. Si se permite que las ondas de sonido cuelguen sin supervisión dentro de la caja del altavoz, una parte significativa de la energía se disipará por el volumen de aire contenido dentro de la caja, se calentará, aunque sea ligeramente, y la elasticidad del volumen de aire cambiará. además, en la dirección de aumentar la rigidez. Para evitar que esto suceda, llene el volumen interno con material absorbente de sonido. Aunque absorbe el sonido, este material (generalmente algodón, natural, sintético, vidrio o mineral) también absorbe calor. Debido a la capacidad calorífica de las fibras absorbentes de sonido, que es mucho mayor que la del aire, el aumento de temperatura se vuelve mucho menor y la dinámica "parece" que hay un volumen significativamente mayor detrás de él de lo que realmente es. En la práctica, de esta manera es posible lograr un aumento del volumen "acústico" en comparación con el geométrico en un 15 - 20%. Esto, y no la absorción de ondas estacionarias, como muchos creen, es el punto principal de introducir material absorbente de sonido en altavoces cerrados. Una variación de este tipo de diseño acústico (y no del anterior, como suele creerse) es la llamada "pantalla infinita". En fuentes inglesas, este tipo de diseño se denomina deflector infinito o aire libre. Todos los nombres dados son igualmente desorientadores. Aquí todos somos adultos y entendemos que en la práctica no puede haber una pantalla infinita. De hecho, una pantalla infinita se considera una caja cerrada con un volumen tan grande que la elasticidad del aire encerrado en su interior es mucho menor que la elasticidad de la suspensión del difusor, por lo que el hablante simplemente no nota esta elasticidad y las características del sistema de altavoces están determinados únicamente por los parámetros del cabezal. Donde pasa el borde, a partir del cual el volumen de la caja se vuelve, por así decirlo, infinito, depende de los parámetros del altavoz. Sin embargo, al resolver problemas prácticos de tal volumen siempreresulta el volumen interno del maletero, que, incluso en un automóvil pequeño, dará una reacción de volumen "infinitamente grande" incluso para un altavoz grande. Otra cosa es que no todos los altavoces funcionarán bien en un diseño de este tipo, pero lo discutiremos por separado cuando hablemos de elegir un altavoz para el diseño acústico (o viceversa). Con toda la (por cierto, aparente) simplicidad de una caja cerrada como diseño acústico para la sección de baja frecuencia de la acústica del automóvil, esta solución tiene muchas ventajas que no se encuentran en otros diseños más sofisticados. En primer lugar, la sencillez (o casi sencillez) de cálculo de las características. Una caja cerrada tiene un solo parámetro: el volumen interno. ¡Puedes elegir el correcto si te esfuerzas lo suficiente! El margen de error aquí se reduce al mínimo. En segundo lugar, en todo el rango de frecuencias, hasta cero, las oscilaciones del difusor están restringidas por la reacción elástica del volumen de aire dentro de la caja. Esto reduce significativamente la probabilidad de sobrecarga de los altavoces y daños mecánicos. No sé cuán reconfortante suena esto, pero para los ávidos amantes de los bajos, los parlantes en cajas cerradas a veces se queman, pero casi nunca "escupen". Tercero, solo la caja cerrada es un filtro acústico. segundo orden, es decir, tiene un decaimiento de la respuesta de frecuencia por debajo de la frecuencia de resonancia del sistema head-box con una pendiente de 12 dB/oct. Es decir, tal pendiente, solo que en el signo opuesto, tiene la respuesta de frecuencia del volumen interno del automóvil, por debajo de cierta frecuencia. Si adivina, calcula o mide (como le sucede a cualquiera), es posible obtener una respuesta de frecuencia perfectamente horizontal a bajas frecuencias. En cuarto lugar, con una elección competente de los parámetros de la cabeza y el volumen, una caja cerrada no tiene igual en el campo de las respuestas de impulso, que determinan en gran medida la percepción subjetiva de las notas graves. La pregunta natural ahora es: ¿cuál es el truco? Si todo es tan bueno, ¿por qué necesitamos todos los demás tipos de diseño acústico? Solo hay un truco. eficiencia En caja cerrada, es el más pequeño en comparación con cualquier otro tipo de diseño acústico. Al mismo tiempo, cuanto más pequeño logremos hacer el volumen de la caja, manteniendo el mismo rango de frecuencia de trabajo, menor será su eficiencia. No hay criatura más insaciable en términos de entrada de energía que una caja cerrada de pequeño volumen, por lo que los parlantes en ellos, como se dijo, aunque no escupen, a menudo se queman ... El siguiente tipo de diseño acústico más común es un inversor de fase (portado, ventilado, bass-reflex), que es más humano en relación con la radiación de la parte trasera del difusor. En un inversor de fase, parte de la energía que se "pone contra la pared" en una caja cerrada se utiliza con fines pacíficos. Para ello, el volumen interior de la caja se comunica con el espacio circundante mediante un túnel que contiene una determinada masa de aire. El valor de esta masa se elige de tal forma que, combinado con la elasticidad del aire en el interior de la caja, cree un segundo sistema oscilatorio que recibe energía de la parte trasera del difusor y la irradia donde es necesario y en fase con la radiación. del difusor. Este efecto se consigue en un rango de frecuencias no muy amplio, de una a dos octavas, pero dentro de él la eficiencia aumenta significativamente, de acuerdo con el principio "sin desperdicio, hay recursos no utilizados". Además de una mayor eficiencia el inversor de fase tiene otra gran ventaja: cerca de la frecuencia de sintonización, la amplitud de las oscilaciones del cono se reduce significativamente. A primera vista, puede parecer una paradoja: cómo tener un gran agujero en la caja de un altavoz puede detener el movimiento de un cono, pero es un hecho de la vida, no obstante. En su rango de operación, el inversor de fase crea condiciones completamente de invernadero para el altavoz, y exactamente en la frecuencia de sintonización, la amplitud de oscilación es mínima y la mayor parte del sonido es emitido por el túnel. La potencia de entrada permitida es máxima aquí y la distorsión introducida por el altavoz, por el contrario, es mínima. Por encima de la frecuencia de sintonización, el túnel se vuelve cada vez menos "transparente" a las vibraciones sonoras, debido a la inercia de la masa de aire encerrada en su interior, y el altavoz funciona como cerrado. Por debajo de la frecuencia de sintonía ocurre lo contrario: la inercia de la inercia va desapareciendo y en las frecuencias más bajas el altavoz funciona casi sin carga, es decir, como sacado de la caja. La amplitud de la oscilación aumenta rápidamente y, con ella, el riesgo de que el cono salga disparado o se dañe la bobina móvil al golpear el sistema magnético. En general, si no está protegido, buscar un nuevo orador se convierte en una perspectiva real. Un medio de protección contra tales problemas, además de la prudencia en la elección del nivel de volumen, es el uso de filtros de frecuencias infra-bajas. Al cortar una parte del espectro donde todavía no hay señal útil (por debajo de 25 - 30 Hz), estos filtros no permiten que el difusor se vuelva loco a riesgo de su propia vida y su billetera. El inversor de fase es mucho más caprichoso en la elección de parámetros y afinación, ya que tres parámetros ya están sujetos a selección para un altavoz específico: el volumen de la caja, la sección transversal y la longitud del túnel. El túnel se hace muy a menudo para que la longitud del túnel se pueda ajustar para un subwoofer ya terminado cambiando la frecuencia de sintonización. Debido a la presencia de dos sistemas oscilatorios interconectados, el inversor de fase es un filtro acústico de cuarto orden, es decir, su respuesta de frecuencia teóricamente tiene una caída de 24 dB/oct por debajo de la frecuencia de sintonía. (De verdad - de 18 a 24). Es casi imposible obtener una respuesta de frecuencia horizontal cuando se instala en la cabina. Dependiendo de la relación entre el tamaño de la cabina (y, por lo tanto, la frecuencia característica a partir de la cual comienza a aumentar la respuesta de frecuencia de la acústica interna) y la frecuencia de sintonización del inversor de fase, la característica total puede desviarse de una joroba delicada a olas locas de Amur. La joroba, es decir, un aumento suave en la respuesta de frecuencia a frecuencias más bajas, a menudo es justo lo que se necesita para una percepción subjetiva óptima de los graves en un espacio ruidoso, pero los cambios bruscos en la amplitud con una elección fallida de parámetros ganaron el inversor de fase, totalmente inmerecido, el apodo boom-box ("bebida alcohólica"). Para ser justos, notamos que también se puede lograr un efecto de golpe desde una caja cerrada; explicaré cómo la próxima vez; y un reflejo de graves del tamaño adecuado es capaz de ofrecer graves muy claros y musicales con una entrada de potencia razonable. Una variación del diseño bass-reflex es un altavoz con un radiador (o radiador) pasivo. Términos en idiomas extranjeros: radiador pasivo, cono de dron. Aquí, el segundo sistema oscilatorio, que permite utilizar la energía tomada de la parte trasera del difusor, no se implementa en forma de masa de aire en el túnel, sino en forma de un segundo difusor, no unido a cualquier cosa, pero ponderado a la masa requerida. A la frecuencia de sintonización, este difusor oscila con la mayor amplitud y el principal con la menor. A medida que aumentan en frecuencia, cambian gradualmente de roles. Hasta hace poco tiempo, este tipo de diseño acústico no se ha utilizado en instalaciones móviles, aunque se utiliza con bastante frecuencia en entornos domésticos. El motivo de la aversión fue la molestia injustificada de obtener un segundo cono (generalmente el mismo altavoz, pero sin un sistema magnético y una bobina de voz) y la dificultad de colocar dos conos grandes donde se debe colocar un cono y un pequeño túnel en un inversor de fase convencional. Sin embargo, más recientemente, han aparecido subwoofers para automóviles con un radiador pasivo: la necesidad los ha obligado. El caso es que recientemente han comenzado a aparecer altavoces de nueva generación con un trazo de difusor muy grande, pensados para trabajar en pequeños volúmenes. El volumen de aire "expulsado" por ellos durante la operación es muy grande, y ahora tendría que tener un diámetro significativo (de lo contrario, la velocidad del aire en el túnel aumentará tanto que silbará como una locomotora de vapor). Y la combinación de pequeño volumen y gran diámetro del túnel hace necesario elegir una longitud más larga para el túnel. Entonces resultó que los inversores de fase de un diseño convencional para tales cabezas estarían decorados con tuberías de un metro de largo. Para evitar tales incidentes innecesarios, prefirieron concentrar la masa oscilante requerida en un radiador pasivo con carrera difusora, al igual que la de un altavoz activo. El tercer tipo de subwoofer, que se utiliza con bastante frecuencia en las instalaciones de automóviles (aunque con menos frecuencia que los dos anteriores), es un altavoz de paso de banda. A veces aparece el nombre de "altavoz con carga simétrica" (carga simétrica). Si la caja cerrada y el inversor de fase son filtros acústicos de paso alto, entonces el paso de banda, como su nombre lo indica, combina filtros de paso alto y paso bajo. El altavoz de paso de banda más simple es un solo cuarto orden (reflejo único). Consiste en un volumen cerrado, el llamado. la cámara trasera y la segunda, equipada con un túnel, como un inversor de fase convencional (cámara delantera). El altavoz se instala en la partición entre las cámaras para que ambos lados del cono operen en volúmenes total o parcialmente cerrados, de ahí el término "carga simétrica". De los diseños tradicionales, el altavoz de paso de banda es sin duda el campeón en eficiencia. En este caso, la eficiencia está directamente relacionada con el ancho de banda. La respuesta de frecuencia de un altavoz de paso de banda tiene forma de campana. Eligiendo los volúmenes adecuados y la frecuencia de sintonización de la cámara frontal, es posible construir un subwoofer con un ancho de banda amplio, pero un retorno limitado, es decir, la campana será baja y ancha, o puede ser con una banda estrecha y muy alta eficiencia. en este carril. La campana entonces se estirará en altura. Bandpass es una cosa caprichosa en el cálculo y la que más tiempo lleva fabricar. Dado que el altavoz está enterrado dentro de la caja, debe hacer trucos para ensamblar la caja para que la presencia de un panel extraíble no viole la rigidez y la estanqueidad de la estructura. Igualar las características de frecuencia del subwoofer, la acústica interior y frontal también se asocia con un conocido dolor de cabeza. Las características de impulso tampoco son las mejores, especialmente con un ancho de banda amplio. ¿Cómo se compensa esto? En primer lugar, como se mencionó, la mayor eficiencia. En segundo lugar, el hecho de que todo el sonido se emite a través del túnel y el altavoz está completamente cerrado. Al configurar un subwoofer de este tipo, se abren oportunidades considerables para el instalador (o aficionado) con imaginación. Basta con encontrar un pequeño lugar en la unión del maletero y el habitáculo, donde se pueda acomodar la boca del túnel, y se abra el camino hacia los bajos más potentes. Especialmente para este tipo de instalaciones, JLAudio, por ejemplo, produce mangas-túneles de plástico flexible, con los que propone (y muchos están de acuerdo) conectar la salida del subwoofer a la cabina. Como la manguera de una aspiradora, solo que más gruesa y rígida. Los altavoces de paso de banda de sexto orden con dos túneles son aún más eficientes. Las cámaras de un subwoofer de este tipo están sintonizadas con un espacio de aproximadamente una octava. Un paso de banda doble proporciona menos distorsión en la banda operativa, ya que el altavoz está cargado con reflejos de bajos en ambos lados del cono, con todas las ventajas de dicha carga, pero tiene una disminución de respuesta de frecuencia más pronunciada por debajo de la banda operativa en comparación con un altavoz simple. paso de banda Una posición intermedia está ocupada por el llamado altavoz de paso de banda cuasi, que también tiene una configuración secuencial, donde la cámara trasera está conectada por un túnel al frente, y el frente por otro túnel, al espacio circundante. Los altavoces de línea de tira de tres cámaras son simplemente implementaciones de diseño alternativas de los altavoces de línea de tira convencionales y se componen de dos altavoces ordinarios, después de lo cual se retira la pared que los separa. Hay tres opciones más para el diseño acústico de la acústica de baja frecuencia, que si bien existen, prácticamente no se utilizan. El primero de los forasteros es un laberinto acústico, donde la "extracción de energía" de la parte posterior del cono se produce a través de un tubo largo, generalmente doblado para que sea compacto, pero que aún aumenta las dimensiones del subwoofer hasta límites inaceptables en una instalación móvil. La segunda es una bocina exponencial que, para obtener una frecuencia de corte suficientemente baja, debe tener dimensiones ciclópeas, lo que hace que sea raro utilizarla en el enlace de baja frecuencia incluso en sistemas estacionarios, donde hay más espacio que en un auto. El tercer tipo, que tiene precedentes de aplicación única, es un altavoz con una carga aperiódica en forma de resistencia acústica concentrada (membrana aperiódica). Solíamos llamarlo PAS, un panel de resistencia acústica. La idea es que la carga en el difusor sea una obstrucción semipermeable poco espaciada, como una tela densa o una capa de lana negra intercalada entre paneles perforados. Teóricamente, tal carga es de naturaleza inelástica y, como un amortiguador en la suspensión de un automóvil, amortigua la energía acústica sin afectar la frecuencia de resonancia del altavoz. Pero esto es teórico. Pero en la práctica, la presencia de un volumen de aire entre el altavoz y el PAS creaba tal mezcolanza de características y reacciones que los resultados se volvían impredecibles. Entonces, de un vistazo superficial a los principales tipos de diseño acústico, está claro que no existe la perfección en el mundo. Cualquier elección será un compromiso. Y para aclarar la esencia del compromiso, terminemos esta reunión por correspondencia como debe ser: resumiendo los resultados intermedios. Comparemos las opciones consideradas en cuanto a los principales factores que determinan el éxito de su uso en una instalación de audio móvil. Estos factores deben incluir: KPD El valor de la eficiencia inherente a un tipo particular de diseño acústico determina en última instancia la potencia del amplificador que se necesitará para alcanzar el nivel de volumen requerido y, al mismo tiempo, la dificultad de la vida útil del altavoz. En el rango de frecuencia de 40 - 80 Hz, que es el más importante desde el punto de vista de la reproducción de información en el registro de graves, los lugares se distribuyen de la siguiente manera: los altavoces de paso de banda de banda estrecha son los campeones en esta clasificación, especialmente los de 6° orden de dos túneles. unos. Le siguen un bi-túnel de banda ancha y un inversor de fase convencional. Y, por último, los más ávidos de entrada de energía son una caja cerrada y un solo paso de banda ancha. distorsión de inserción En la octava inferior - rango musical de uno y medio (30 - 80 Hz), todos los tipos de diseño acústico se comportan decentemente a niveles bajos de potencia. El inversor de fase y el altavoz de paso de banda son algo mejores que los demás, pero no por mucho. Pero con mucha potencia, los rivales se estiran a lo largo de la distancia. Aquí se esperan los mejores resultados de un altavoz de paso de banda dual. Detrás de él hay un solo inversor de paso de banda y fase. Y cierra el circuito: una caja cerrada, que produce la mayor distorsión con grandes amplitudes de señal. Características del impulso La reproducción precisa de los frentes de los instrumentos bajos es quizás la principal cualidad de la acústica del bajo. De poco sirven los impulsos de graves bajos si son borrosos y lentos. En este sentido, una caja cerrada promete los mejores resultados (si se calcula correctamente). Los altavoces de paso de banda único tienen un buen rendimiento, pero se degradan a medida que aumenta el ancho de banda. La peor respuesta a una señal de impulso es un altavoz de paso de banda dual, nuevamente, especialmente uno de banda ancha. Coordinación en acústica frontal El trabajo del subwoofer debe confiarse, a partir de una determinada frecuencia, al midbass de la acústica frontal. Para una caja cerrada y un inversor de fase, esto no es un problema, y el diseñador del sistema tiene bastante libertad para elegir la frecuencia de cruce, ya que tanto esta frecuencia como la inclinación de la disminución están determinadas por circuitos externos. Pero los pases de banda de banda estrecha a menudo tienen su propia caída de frecuencia a partir de 70-80 Hz, donde no todos los bajos medios pueden captar una canción de manera segura. Al mismo tiempo, los requisitos para los bajos medios se vuelven más complicados y trabajar con un crossover no se vuelve más fácil. Pongamos todo lo anterior en una tabla, según nuestro sistema habitual de cinco puntos:
Autor: Andrey Elyutin, AvtoZvuk; Publicación: cxem.net
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