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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Subwoofer para coche. Parte 2. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Altavoces Cargando… "Luego comencé a contar el volumen de la caja del violín, y este trabajo fue largo y emocionante... El volumen no se puede reducir: el violín sibilará, comenzará a murmurar sordamente. Si lo aumentas, chillará. penetrantemente, los bajos se volverán opacos y débiles...", A.A. G.A. Weiner, "Visit to the Minotaur". Contexto En la parte anterior de nuestra conversación, quedó claro cuáles son los aspectos buenos y malos de varios tipos de diseño acústico. Parecería que ahora “los objetivos están claros, manos a la obra, camaradas..” No hubo tanta suerte. En primer lugar, el diseño acústico, en el que el propio altavoz no está instalado, es simplemente una caja ensamblada con diversos grados de cuidado. Y, a menudo, es imposible ensamblarlo hasta que se determine qué altavoz se instalará en él. En segundo lugar, y esta es la principal diversión en el diseño y la fabricación de subwoofers para automóviles, las características de un subwoofer se destacan poco del contexto de las características, incluso las más básicas, del automóvil en el que funcionará. También hay un tercero. Un sistema de altavoces móviles igualmente adaptado a cualquier tipo de música es un ideal que pocas veces se consigue. Por lo general, se puede reconocer a un buen instalador por el hecho de que, cuando "toma una lectura" de un cliente que ordena una instalación de audio, pide muestras de lo que el cliente escuchará en el sistema que ordenó una vez que esté completo. Como ves, son muchos los factores que influyen en la decisión y no hay forma de reducirlo todo a recetas simples y sin ambigüedades, lo que convierte la creación de instalaciones de audio móviles en una ocupación fuertemente relacionada con el arte. Pero aún se pueden esbozar algunas pautas generales. Tsifir Me apresuro a advertir a los tímidos, perezosos y educados humanitariamente: prácticamente no habrá fórmulas. Mientras sea posible, intentaremos prescindir incluso de una calculadora, un método olvidado de cálculo mental. Los subwoofers son el único eslabón en la acústica de los automóviles donde medir la armonía con álgebra no es un negocio sin esperanza. Para decirlo sin rodeos, es simplemente impensable diseñar un subwoofer sin calcular. Los parámetros del altavoz actúan como datos iniciales para este cálculo. ¿Cual? Eso sí, no de los que te hipnotizan en la tienda, ¡seguro! Para calcular, aunque sea de forma aproximada, las características de un altavoz de baja frecuencia, es necesario conocer sus parámetros electromecánicos, que son innumerables. Esta es la frecuencia de resonancia, la masa del sistema en movimiento, la inducción en el espacio del sistema magnético y al menos otras dos docenas de indicadores, comprensibles y no muy claros. ¿Decepcionado? No es sorprendente. Hace unos veinte años, dos australianos resultaron molestos: Richard Small y Nevil Thiel. Sugirieron utilizar un conjunto universal y bastante compacto de características en lugar de montañas de tsifiri, que inmortalizaron, merecidamente, sus nombres. Ahora, cuando vea una tabla en la descripción del altavoz llamada parámetros Thiel/Small (o simplemente T/S), sabrá de lo que estoy hablando. Y si no encuentra esa tabla, vaya a la siguiente opción: esta no tiene remedio. El conjunto mínimo de características que debe averiguar es:
frecuencia natural es la frecuencia de resonancia del altavoz sin ningún diseño acústico. Se mide de esta manera: el altavoz está suspendido en el aire a la mayor distancia posible de los objetos circundantes, por lo que ahora su resonancia dependerá solo de sus propias características: la masa del sistema en movimiento y la rigidez de la suspensión. Existe la opinión de que cuanto menor sea la frecuencia de resonancia, mejor saldrá el subwoofer. Esto es solo parcialmente cierto; para algunos diseños, una frecuencia de resonancia innecesariamente baja es un obstáculo. Para referencia: bajo es 20 - 25 Hz. Por debajo de 20 Hz es raro. Por encima de 40 Hz se considera alto para un subwoofer. factor de calidad total El factor de calidad en este caso no es la calidad del producto, sino la relación de fuerzas elásticas y viscosas que existen en el sistema de movimiento del altavoz cerca de la frecuencia de resonancia. Un sistema de altavoces móviles se parece mucho a la suspensión de un automóvil, donde hay un resorte y un amortiguador. El resorte crea fuerzas elásticas, es decir, acumula y libera energía en el proceso de oscilación, y el amortiguador es una fuente de resistencia viscosa, no acumula nada, sino que absorbe y disipa en forma de calor. Lo mismo sucede cuando el difusor y todo lo que está conectado a él vibra. Una figura de mérito alta significa que predominan las fuerzas elásticas. Es como un coche sin amortiguadores. Basta con chocar con un guijarro y la rueda comenzará a saltar, sin que nada la restrinja. Salta a la misma frecuencia resonante que es inherente a este sistema oscilatorio. Aplicado a un altavoz, esto significa un sobreimpulso de la respuesta de frecuencia en la frecuencia de resonancia, cuanto mayor sea, mayor será el factor de calidad total del sistema. El factor de calidad más alto, medido en miles, pertenece a la campana, que, como resultado, no quiere sonar en ninguna frecuencia que no sea la resonante, afortunadamente, nadie se lo exige. Un método popular para diagnosticar la suspensión de un automóvil por meneo no es más que medir el factor de calidad de la suspensión de forma artesanal. Si ahora ordenamos la suspensión, es decir, colocamos un amortiguador paralelo al resorte, la energía acumulada durante la compresión del resorte no regresará toda, sino que será parcialmente arruinada por el amortiguador. Esta es una disminución en el factor de calidad del sistema. Ahora volvamos a la dinámica. ¿Nada de que vamos de ida y vuelta? Esto, dicen, es útil ... Todo parece estar claro con el resorte en el altavoz. Esta es una suspensión difusora. y el amortiguador? Amortiguadores: hasta dos, trabajando en paralelo. El factor de calidad completo del altavoz consta de dos: mecánico y eléctrico. El factor de calidad mecánica está determinado principalmente por la elección del material de suspensión, y principalmente por la arandela de centrado, y no por la ondulación externa, como a veces se cree. Por lo general, no hay grandes pérdidas aquí, y la contribución del factor de calidad mecánica al total no supera el 10 - 15%. La principal contribución pertenece a la figura de mérito eléctrica. El amortiguador más duro que opera en el sistema oscilatorio de un altavoz es un conjunto de bobina móvil y un imán. Al ser un motor eléctrico por su naturaleza, como debe ser un motor, puede funcionar como un generador, y esto es exactamente lo que hace cerca de la frecuencia de resonancia, cuando la velocidad y la amplitud del movimiento de la bobina móvil son máximas. Al moverse en un campo magnético, la bobina genera una corriente y la carga para dicho generador es la impedancia de salida del amplificador, es decir, prácticamente cero. Resulta el mismo freno eléctrico con el que están equipados todos los trenes eléctricos. Allí también, al frenar, los motores de tracción se ven obligados a trabajar a modo de generadores, y su carga son las baterías de resistencias de frenado en el techo. La magnitud de la corriente generada será naturalmente mayor cuanto más fuerte sea el campo magnético en el que se mueve la bobina móvil. resulta que lo que mas poderoso imán de altavoz, tem abajo, en igualdad de condiciones, su factor de calidad. Pero, por supuesto, dado que tanto la longitud del cable de bobinado como el ancho del espacio en el sistema magnético están involucrados en la formación de este valor, sería prematuro sacar una conclusión final solo sobre la base del tamaño del imán. Y el preliminar - ¿por qué no?... Conceptos básicos - el factor de calidad total del altavoz se considera bajo si es inferior a 0,3 - 0,35; alto - más de 0,5 - 0,6. Volumen equivalente La mayoría de los cabezales de altavoces modernos se basan en el principio de "suspensión acústica". A veces los llamamos "compresión", lo cual es incorrecto. Los parches de compresión son una historia completamente diferente, asociados con el uso de bocinas como diseño acústico. El concepto de suspensión acústica es instalar el altavoz en tal volumen de aire, cuya elasticidad es comparable a la elasticidad de la suspensión del altavoz. En este caso, resulta que en paralelo al resorte que ya estaba en la suspensión, se instaló otro. En este caso, el volumen equivalente será tal que el resorte recién aparecido tenga la misma elasticidad que el existente. El valor del volumen equivalente está determinado por la rigidez de la suspensión y el diámetro del altavoz. Cuanto más suave sea la suspensión, mayor será el tamaño del colchón de aire, cuya presencia comenzará a molestar al hablante. Lo mismo sucede con un cambio en el diámetro del difusor. Un difusor grande con el mismo desplazamiento comprimirá el aire dentro de la caja con más fuerza, experimentando así una mayor fuerza recíproca de elasticidad del volumen de aire. Es esta circunstancia la que a menudo determina la elección del tamaño de los altavoces, en función del volumen disponible para adaptarse a su diseño acústico. Los conos grandes crean los requisitos previos para un subwoofer de alto rendimiento, pero también requieren grandes volúmenes. El argumento del repertorio de la sala al final del pasillo de la escuela "tengo más" debe aplicarse aquí con cautela. El volumen equivalente tiene relaciones interesantes con la frecuencia resonante que son fáciles de perder sin darse cuenta. La frecuencia de resonancia está determinada por la rigidez de la suspensión y la masa del sistema en movimiento, y el volumen equivalente está determinado por el diámetro del difusor y la misma rigidez. Como resultado, tal situación es posible. Supongamos que hay dos altavoces del mismo tamaño y con la misma frecuencia de resonancia. Pero sólo uno de ellos obtuvo este valor de frecuencia debido a un difusor pesado y suspensión rígida, y el otro, por el contrario, un difusor ligero sobre suspensión blanda. El volumen equivalente de un par de este tipo, con toda la similitud externa, puede diferir de manera muy significativa, y cuando se instala en la misma caja, los resultados serán dramáticamente diferentes. Entonces, habiendo establecido lo que significan los parámetros vitales, finalmente comenzaremos a elegir un prometido. El modelo será así: creemos que ha decidido, sobre la base de, digamos, los materiales del artículo anterior de esta serie, con el tipo de diseño acústico y ahora debe elegir un altavoz para él entre cientos de alternativas. Habiendo dominado este proceso, se le dará sin dificultad lo contrario, es decir, la elección de un diseño adecuado para el altavoz seleccionado. Quiero decir, casi sin esfuerzo. caja cerrada Como se mencionó en el artículo anterior, una caja cerrada es el diseño acústico más simple, pero lejos de ser primitivo, por el contrario, tiene, especialmente en un automóvil, una serie de ventajas importantes sobre otros. Su popularidad en las aplicaciones móviles no decae en absoluto, así que empecemos por ello. ¿Qué ocurre con las características del altavoz cuando se instala en una caja cerrada? Depende de una sola cantidad: el volumen de la caja. Si el volumen es tan grande que el altavoz apenas lo nota, llegamos a la opción de pantalla infinita. En la práctica, esta situación se logra cuando el volumen de la caja (u otro volumen cerrado ubicado detrás del difusor, o, más simplemente, lo que hay que ocultar, el maletero de un automóvil) supera el volumen equivalente del altavoz tres veces o más. Si se cumple esta relación, la frecuencia de resonancia y el factor de calidad total del sistema seguirán siendo casi los mismos que para el altavoz. Esto significa que deben elegirse en consecuencia. Se sabe que el sistema de altavoces tendrá la respuesta de frecuencia más uniforme con un factor de calidad total igual a 0,7. Los valores más pequeños mejoran la respuesta de impulso, pero el rolloff comienza con una frecuencia bastante alta. En general, la respuesta de frecuencia adquiere un aumento cercano a la resonancia y las características transitorias se deterioran un poco. Si se centra en la música clásica, el jazz o los géneros acústicos, la mejor opción sería un sistema ligeramente sobreamortiguado con un factor de calidad de 0,5 - 0,7. Para géneros más enérgicos, el énfasis en los fondos, que se consigue con un factor de calidad de 0,8 - 0,9, no viene mal. Y, por último, los amantes del rap se sentirán atraídos por el programa completo si el sistema tiene un factor de calidad igual a uno o incluso superior. El valor de 1,2 debería, quizás, ser reconocido como el límite para cualquier género que pretenda ser musical. También hay que tener en cuenta que al instalar un subwoofer en el habitáculo, las bajas frecuencias suben, a partir de una determinada frecuencia, debido al tamaño del habitáculo. Los valores típicos para poner en marcha la respuesta de frecuencia son 40 Hz para un coche grande como un jeep o minivan; 50 - 60 para el centro, como un ocho o "lomo"; 70 - 75 para un pequeño, con Tavria. Ahora está claro: para instalar en el modo de pantalla infinita (o Freeair, si no te molesta que el apellido esté patentado por Stillwater Designs), necesitas un altavoz con un factor de calidad total de al menos 0,5, o incluso superior. , y una frecuencia de resonancia de al menos 40 hercios comerciales - 60, dependiendo de lo que apuestes. Dichos parámetros generalmente significan una suspensión bastante rígida, solo que esto evita que el altavoz se sobrecargue en ausencia de "soporte acústico" del volumen cerrado. Aquí hay un ejemplo: Infinity produce versiones de los mismos cabezales con índices en las series Reference y Kappa br (reflejo de bajos) y ib (deflector infinito). Los parámetros de Thiel-Small, por ejemplo, para una referencia de diez pulgadas difieren de la siguiente manera:
Se puede ver que la opción ib en términos de frecuencia de resonancia y factor de calidad - lista para operar "tal cual", y juzgando tanto por la frecuencia de resonancia como por el volumen equivalente - esta modificación es mucho más dura que la otra, optimizada para operar en un inversor de fase, y, por lo tanto, es más probable que sobreviva en las difíciles condiciones de Freeair. ¿Y qué pasa si, sin prestar atención a las letras minúsculas, conduces en estas condiciones un altavoz con un índice que parece dos gotas de agua? br? Y esto es lo que: debido al factor de baja calidad, la respuesta de frecuencia comenzará a colapsar ya en frecuencias de aproximadamente 70 - 80 Hz, y la cabeza "suave" sin restricciones se sentirá muy incómoda en el extremo inferior del rango y la sobrecargará hay fácil Así que acordamos: Para el uso en el modo "pantalla sin fin", es necesario elegir un altavoz con un factor de calidad total alto (no inferior a 0,5) y una frecuencia de resonancia (no inferior a 45 Hz), especificando estos requisitos según el tipo de predominante material musical y el tamaño de la cabina. Ahora sobre el volumen "celestial". Si coloca un altavoz en un volumen comparable a su volumen equivalente, el sistema adquirirá características que son significativamente diferentes de aquellas con las que el altavoz entró en este sistema. En primer lugar, cuando se instala en un volumen cerrado, la frecuencia de resonancia aumentará. La rigidez ha aumentado, pero la masa se ha mantenido igual. La bondad también aumentará. Juzgue usted mismo: agregando la rigidez de un volumen de aire pequeño, es decir, inflexible, para ayudar a la rigidez de la suspensión, por lo tanto, pusimos un segundo resorte y dejamos el viejo amortiguador. Con una disminución en el volumen, el factor de calidad del sistema y su frecuencia de resonancia crecen de la misma manera. Entonces, si vimos un altavoz con un factor de calidad de, digamos, 0,25, y queremos tener un sistema con un factor de calidad de, digamos, 0,75, entonces la frecuencia de resonancia también se triplicará. ¿Y cómo es el altavoz allí? 35 hz? Entonces, en el volumen correcto, desde el punto de vista de la forma de la respuesta de frecuencia, será de 105 Hz, y esto, ya sabes, ya no es un subwoofer. Así que encaja. Mira, ni siquiera necesitas una calculadora. Miremos otro. Frecuencia de resonancia 25 Hz, factor de calidad 0,4. Resulta un sistema con un factor de calidad de 0,75 y una frecuencia de resonancia de alrededor de 47 Hz. bastante digno Intentemos allí mismo, sin salir del mostrador, estimar cuánto necesitará la caja. Está escrito que Vas = 160 litros (o 6 pies cúbicos, lo que es más probable). (Aquí escribiría una fórmula, no tiene pretensiones, pero es imposible, lo prometí). Por lo tanto, para los cálculos en el mostrador, le daré una hoja de trucos: copie y guarde en su billetera si la compra de un parlante de bajos está incluida en sus planes de compras:
Con nosotros, aproximadamente el doble, por lo que resulta una caja con un volumen de litros 50 - 60. Será un poco demasiado ... Vamos a por el siguiente. Etcétera. Resulta que para que surja un diseño acústico concebible, los parámetros de los altavoces no solo deben estar en un cierto rango de valores, sino que también deben estar vinculados entre sí. Personas con experiencia redujeron este vínculo al indicador Fs/Qts. Si el valor Fs/Qts es 50 o menos, el altavoz nace para caja cerrada. En este caso, el volumen requerido de la caja será el menor, el menor Fs o el menor Vas. Según los datos externos, los "reclusos naturales" pueden reconocerse por conos pesados y suspensiones blandas (lo que da una frecuencia de resonancia baja), imanes no muy grandes (para que el factor de calidad no sea demasiado bajo), bobinas de voz largas (ya que el el recorrido del cono de un altavoz operando en una caja cerrada, puede alcanzar valores bastante grandes). Inversor de fase Otro tipo de diseño acústico popular es un inversor de fase, con todo el deseo ardiente en el mostrador es imposible contar, ni siquiera aproximadamente. Pero para estimar la idoneidad de la dinámica para él, puede hacerlo. Y hablaremos sobre el cálculo en general por separado. La frecuencia de resonancia de este tipo de sistema está determinada no solo por la frecuencia de resonancia del altavoz, sino también por la configuración del inversor de fase. Lo mismo se aplica al factor Q del sistema, que puede cambiar significativamente con un cambio en la longitud del túnel, incluso con un volumen corporal constante. Dado que el inversor de fase puede estar, a diferencia de una caja cerrada, sintonizado a una frecuencia cercana o incluso inferior a la del altavoz, se "permite" que la frecuencia de resonancia del propio cabezal sea más alta que en el caso anterior. Esto significa, con una buena elección, un cono más ligero y, en consecuencia, una respuesta de impulso mejorada, que es lo que necesita el inversor de fase, ya que su respuesta transitoria "innata" no es la mejor, peor que una caja cerrada, al menos. Pero es deseable que el factor de calidad sea lo más bajo posible, no más de 0,35. Reduciendo esto a los mismos Fs/Qts, la fórmula para elegir un altavoz para bass reflex es simple: Los altavoces con un valor Fs/Qts de 90 o más son adecuados para funcionar en un inversor de fase. Signos externos de una roca de fase invertida: difusores de luz y potentes imanes. Bandpasses (muy brevemente) Los altavoces de banda, a pesar de sus méritos sonoros (esto es, en el sentido de la mayor eficiencia, en comparación con otros tipos) son los más difíciles de calcular y fabricar, y combinar sus características con la acústica interna de un automóvil con experiencia insuficiente puede convertir en un infierno de tono, por lo que con este tipo cuando se trata de diseño acústico, es mejor ir sobre las rocas y utilizar las recomendaciones de los fabricantes de altavoces, aunque esto te ata las manos. Sin embargo, si las manos todavía están desatadas y con ganas de probar: para los pasos de banda simples, son adecuados casi los mismos altavoces que para los inversores de fase, y para los de doble o cuasi-strip, son los mismos o, más deseables, cabezales. con un valor Fs/Qts de 100 y superior. Cómo calcular todo esto que ya se está alejando del mostrador, la próxima vez. Autor: Andrey Elyutin, AvtoZvuk; Publicación: avtozvuk.com
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