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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sobre la distorsión de las características de frecuencia de los sistemas acústicos de pequeño tamaño y "graves profundos". Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Altavoces Todo radioaficionado que haya construido alguna vez de forma independiente sistemas acústicos (AS) sabe que incluso la ejecución exacta del proyecto, las recomendaciones de los autores del diseño no siempre conducen al resultado deseado. A pesar de toda la complejidad o simplemente imposibilidad de evaluar la calidad de los parlantes caseros en casa, que no sea "de oído", los autores de los diseños a menudo no brindan métodos para evaluar sus proyectos o recomendaciones para su uso (ubicación y conexión de hablantes). Sucede que después de la repetición de la siguiente "obra maestra", cuando pasa la alegría de terminar el trabajo, comienza un período de evaluaciones y conclusiones dolorosas. El entusiasmo y la euforia momentánea a menudo se reemplazan casi por la decepción. De hecho, ya es difícil buscar las razones del trabajo insatisfactorio en el diseño terminado, cuando se hizo "todo se hizo como debería". O tal vez el diseño es bueno, pero el amplificador "no es así" o algo más... ¿Te resulta familiar? Busque en revistas de radioaficionados de años anteriores artículos sobre el diseño de sistemas de altavoces. Estimados autores, crearon sus versiones casi a ciegas, sin tener en cuenta la física de las transformaciones electromecánicas y la acústica como tal. Sin duda, una serie de diseños de altavoces caseros, métodos para mejorar los altavoces industriales y cabezas dinámicas tienen éxito y merecen atención. Muchos diseños se han convertido en una buena "escuela" para los amantes de la reproducción de sonido de alta calidad en el interminable proceso cíclico de crear o rehacer altavoces según el principio: "Está a punto de volverse muy bueno...". Pero, tenga en cuenta que los autores compararon sus desarrollos (máximo) con los diseños industriales de las fábricas AS de la antigua URSS. ¿Intentarían comparar sus proyectos con los productos de empresas como BOSE o JBL... La objeción a la compra de parlantes importados de precio bajo y mediano es la siguiente: "¿Quién le dijo que un parlante así en su sala de estar sonará y no irradiará sonidos de voz dulce?". Motivos como: "No lo hagas de todos modos" no convencen. Por supuesto, hay muestras de acústica de marca que son incomparables en su diseño y sonido, pero su costo (así como todo el saber hacer) es muy alto. Incluso ahora, cuando existe la posibilidad real de utilizar cabezales dinámicos modernos de alta calidad, se siguen encontrando descripciones de altavoces de fabricación propia (ya sobre una nueva base de elementos), que heredan errores de diseño de años anteriores. Parece que en la variedad actual de elección de material de origen, podemos calcular y construir de manera competente solo el gabinete (caja) del altavoz. De hecho, no solo el volumen de AS es un indicador definitorio de calidad. A veces, incluso un caso calculado correctamente desde el punto de vista de una respuesta de frecuencia uniforme no suena. Al reducir el principal inconveniente de los cabezales dinámicos existentes: una irregularidad significativa en la respuesta de frecuencia en el rango de frecuencia media-alta, no serán inferiores a un buen tercio de los importados, y se pueden usar para construir altavoces que satisfagan al oyente exigente. . La belleza de la construcción de altavoces de bricolaje es la libertad de diseñar y obtener lo que desea independientemente (o casi) del costo, algo que no puede lograr con la producción en masa. Entonces, hubo y todavía hay un sentido para tratar de reponer sus conocimientos y comenzar de nuevo. A pesar de que este material no proporciona un diseño específico del sistema de altavoces, algunos aspectos del funcionamiento de la sección de baja frecuencia del altavoz se presentan desde un punto de vista práctico y están disponibles para su repetición o análisis independiente con suficiente precisión. . Primero. La acústica de la habitación, o más simplemente de la sala de estar, está lejos de ser perfecta. Si no puede mejorar la acústica de la sala de acuerdo con todas las reglas (proporciones de la "sección dorada 0,618: 1: 1,618", el uso razonable de materiales absorbentes de sonido, la elección de la ubicación de los altavoces, la elección del punto de escucha, etc. .), entonces realmente deberías mirar el mini complejo y calmarte. De lo contrario, seguimos adelante. Por un lado, cada habitación suena diferente incluso después de realizar todos los cambios razonables en el entorno. Por otro lado, cada uno de nosotros conoce las características de su hogar, estamos acostumbrados a la coloración de los sonidos del "hogar". Nuestro cerebro inconscientemente comienza a transformar lo que escuchamos a su color original. Entonces, lo que realmente debe intentar hacer en la sala es minimizar las ondas estacionarias, llevar el nivel de reverberación a un nivel aceptable, eliminar o amortiguar los objetos resonantes (superficies) y organizar el área de escucha correcta. Segundo. El surgimiento de nuevas fuentes de sonido basadas en tecnologías digitales, como video Hi-Fi (con grabación de sonido FM), magnetófonos, PC (MPEG), compactos y minidiscos, impone nuevos requisitos a los parlantes: mayor uniformidad de fase y amplitud -Características de frecuencia, amplio rango dinámico, mínima distorsión de intermodulación. La naturaleza de la distorsión en los altavoces está determinada por la física del proceso de reproducción del sonido y es tan multifacética que todos los tipos de distorsión difícilmente pueden eliminarse en la práctica. Sin embargo, algunos de ellos están bien estudiados en el mundo de la radioafición y, por lo tanto, pueden controlarse en el proceso de diseño. La regla principal debería ser esta: cada tipo de distorsión se reduce individualmente y con cuidado. Tercero. Costo del trabajo. En cualquier caso, el costo de los materiales y componentes gastados en la fabricación de un buen altavoz "casero" será desproporcionadamente menor que el costo del altavoz, que habría comprado si fuera posible. Esto quiere decir que es muy rentable invertir tus conocimientos en el diseño, lo que se llama “para ti mismo”. Última cosa. Al comprar un altavoz de marca, nadie, excepto el fabricante, le dará recomendaciones sobre su ubicación y la "sintonización" correcta para una situación específica. Ni los vendedores ni Internet tienen esta información, solo las opiniones subjetivas de "expertos" de las mismas tiendas. Con la excepción de algunos modelos de altavoces, que vienen acompañados de impresiones de la respuesta de frecuencia medida y los armónicos en la banda de frecuencia operativa, nos vemos obligados a comprar casi cualquier acústica de marca sobre la base de "pig in a poke". Empezamos con la elección de los cabezales dinámicos. Esto determinará el tipo de altavoz, es decir, un diseño de dos o tres vías. Por experiencia puedo decir que es muy difícil montar un sistema de altavoces de tres vías en casa. El costo de investigación y experimentación se duplica en comparación con un altavoz de dos vías. Intente elegir cabezales dinámicos para altavoces de dos vías en función de su potencia acústica (potencia nominal, teniendo en cuenta la sensibilidad) LF-MF a MF-HF como 1,5 ... 3,0 a 1,0. La superposición de los rangos de frecuencia de los parches debe ser de al menos 2 octavas (4 veces), de lo contrario no será posible garantizar una coincidencia precisa y transiciones suaves de las características de frecuencia de fase de los parches en la región de la frecuencia de la sección del filtro. . Es deseable utilizar filtros cruzados de segundo orden para cabezales LF y de tercero para cabezales HF. Estos requisitos aparentemente triviales son en realidad difíciles de cumplir, pero más fáciles que hacer lo mismo con un altavoz de tres vías. El siguiente parámetro que afecta la selección de un par de cabezas es el diámetro de sus difusores. Se sabe que cuanto mayor sea el diámetro efectivo del radiador (Def. = Dg/sqrt(2), Dg es el diámetro del cono medido en el centro de la ondulación), más estrecho será el patrón de la cabeza a la frecuencia operativa superior. Existe una fórmula que relaciona el ángulo de directividad de la radiación del cabezal dinámico con la longitud de onda emitida (l) y el diámetro efectivo del difusor Deff. La radiación hacia el semiespacio (p) se proporciona bajo la condición pi*Def.D=0,25 [1,6]. A altas frecuencias, el patrón de radiación se estrecha aún más. Por ejemplo, para un cabezal de baja frecuencia del tipo 6GD-2 (Def.=13 cm) a una frecuencia de 7 kHz (el límite para cabezales de este tipo, medido a lo largo del eje de radiación), el diagrama de radiación tiene una apertura ángulo del orden de TC/24 a un nivel de -3 dB. Esta dirección de radiación no se aplica al uso en un área residencial (a excepción de usted, sentado en el centro del área de escucha, nadie escuchará nada). Esto determina la elección de la sección de frecuencia de las bandas LF-HF para este cabezal en la región de 1500 ... 2000 Hz, al tiempo que proporciona un ángulo de apertura del patrón de radiación del orden de TC / 6. Cuando se utiliza un woofer con un diámetro de cono más pequeño, la frecuencia de cruce permitida se puede aumentar proporcionalmente. Argumentando de manera similar, la elección de un cabezal de RF debe hacerse a favor de diseños con un diámetro pequeño de la superficie radiante (6GDV-1, 6GDV-6, 10GDV-2, etc.). También se recomienda refinar las cabezas dinámicas seleccionadas para reducir los armónicos y las resonancias parásitas de los difusores de acuerdo con los métodos citados repetidamente en la literatura [2]. Lo único que no es recomendable, en mi opinión, es reducir en todos los sentidos el factor de calidad propio del woofer. Los parámetros de diseño del cabezal seleccionado son mucho más rentables de medir y tener en cuenta a la hora de calcular el diseño acústico, los parámetros de salida del amplificador de potencia (PA) y el circuito eléctrico de los filtros. De lo contrario, la eficiencia del cabezal disminuye a bajas frecuencias, lo que complicará aún más la tarea de emparejar con el cabezal de alta frecuencia para obtener una respuesta de frecuencia acústica uniforme de los altavoces. El uso de métodos para reducir el factor de calidad intrínseco de un cabezal de baja frecuencia tiene otro inconveniente importante. La distorsión de la fase de radiación del altavoz, en el que se instala un cabezal amortiguado, a bajas frecuencias es mayor que cuando se utiliza un cabezal no amortiguado y circuitos de corrección especiales. Por ejemplo, los altavoces en 6GD-2, Qts = 0,37 (amortiguados por un panel de impedancia acústica) tienen una respuesta de frecuencia plana, pero el cambio de fase a una frecuencia de 50 Hz es + pi / 2, mientras que en Qts = 0,71 (sin PAS ) con corrección de respuesta de frecuencia en el PA: el cambio de fase a la misma frecuencia es solo + pi / 6, es decir 3 veces menos. El siguiente paso es la elección del diseño acústico. Para facilitar la configuración de los cruces de altavoces y brindar más libertad al colocar los sistemas en una habitación, se recomienda elegir un diseño con carcasas separadas para cada uno de los cabezales. Esto le permite mover el emisor de HF en relación con el LF en profundidad para ajustar la fase de radiación en la región de la frecuencia de la sección del filtro y, en el caso de instalar el cabezal de HF en una carcasa esférica en un soporte de anillo, dirigir el eje acústico del cabezal de HF directamente al oyente en cualquier orientación del cuerpo del enlace de baja frecuencia. Cuantos diseños de carcasa existen para los mismos woofers. Parecería que todos ellos se calculan utilizando los mismos métodos conocidos, pero son muy diferentes tanto en volumen como en tipos. Habiendo medido los parámetros de 7 cabezales 6GD-2 de diferentes años de fabricación, está realmente asombrado con los resultados. Los valores de frecuencia de resonancia de los cabezales Fr están en el rango de 31...55 Hz, el factor de calidad equivalente Qts - 0,62...1,38, el volumen equivalente Vas - ¡de 65 a 380 litros! Es posible que una instancia de cabeza con un volumen equivalente de 65 litros y un factor de calidad de 0,62 calcule el diseño con dimensiones aceptables para una sala de estar, pero para el caso de 300 litros y Qts = 0,93, es poco probable que la familia y los parientes te entiendo. Para los cabezales de compresión de 20GDN-1 a 75GDN-1, la dispersión de los parámetros resultó ser menor, pero sus valores diferían mucho de los datos proporcionados en las fichas técnicas. Aceptable para el diseño del hogar de los altavoces (en términos del grosor de los materiales utilizados para las paredes de la caja, el peso y las dimensiones del altavoz terminado, la conveniencia de colocarlo en la habitación) es una caja con un volumen de 30-45 litros. Además, se debe hacer una caja con un volumen de 30-35 litros de acuerdo con las dimensiones internas en la proporción de la "sección dorada". Los casos de grandes volúmenes deben hacerse en forma de estructura de piso con costura obligatoria de paneles laterales opuestos con espaciadores. El grosor del material del cuerpo es de 16-25 mm con el pegado obligatorio de la superficie interior con linóleo y esteras de espuma de 15-30 mm de grosor o esteras caseras (algodón + gasa) de 20-30 mm de grosor. El woofer se coloca en el borde superior del panel lateral angosto, que será el frente. No hay duda de que en la mayoría de los casos un altavoz cerrado de este tamaño con un cabezal de baja frecuencia instalado a su disposición tendrá un factor de calidad resultante superior a la unidad, es decir en la respuesta de frecuencia en la región de la frecuencia resonante, se observará una "joroba" de +2 ... +6 dB. Además, el límite inferior de las frecuencias reproducibles de dicho altavoz será de 75-100 Hz, lo que claramente no es suficiente. No obstante, este tipo de distorsiones en la respuesta de frecuencia de los altavoces están perfectamente modeladas matemáticamente [3] y pueden ser predeterminadas por la elección de un cabezal dinámico, fácilmente medibles y minimizadas por filtros activos incluidos antes del PA o no. En la elección del tipo de cuerpo. Sí, un altavoz cerrado es más fácil de fabricar, pero le permite utilizar el potencial de un parche dinámico en la región de los graves en solo un 25-40 %, independientemente de la frecuencia de resonancia del propio parche. La razón de esto radica en la imposibilidad del cabezal dinámico de desarrollar el nivel requerido de potencia acústica en la región de la frecuencia resonante debido a las limitaciones de diseño del recorrido del difusor y, como resultado, la aparición de grandes distorsiones no lineales y de intermodulación. Con una disminución de la frecuencia de la señal reproducida por debajo de 50-80 Hz, la mayoría de los cabezales de baja frecuencia en altavoces cerrados con un volumen de 30-45 litros son físicamente incapaces de proporcionar el nivel de presión acústica al nivel creado por el mismo cabezal. a una potencia eléctrica de entrada nominal a frecuencias de 300-2000 Hz. La disminución de la potencia acústica máxima (que no debe confundirse con la respuesta de frecuencia) a medida que la frecuencia decrece por debajo de la resonante (Fs es la frecuencia resonante del parche en el volumen de la caja acústica) es casi lineal con una pendiente de 24 dB por octava. Le sugiero que vuelva a calcular el nivel máximo de potencia acústica de un altavoz cerrado a una frecuencia de 30 Hz con Fs igual a 60 Hz: ¡obtendremos un análogo de menos de 1 W para una cabeza de 100 vatios! Por lo tanto, lo único aceptable para crear altavoces de pequeña capacidad "domésticos" es un diseño que utilice un inversor de fase (FI). A las frecuencias de la señal reproducible cerca de la frecuencia de sintonización FI Ff, la amplitud de las oscilaciones del difusor disminuye bruscamente. Como resultado, las distorsiones no lineales y de intermodulación se reducen debido al diseño de la suspensión del difusor, las dimensiones límite del sistema magnético y la bobina móvil. Sin embargo, las distorsiones no lineales causadas por una rigidez insuficiente del difusor, por el contrario, aumentan. Todo esto habla a favor del uso de los llamados. cabezales de compresión. Con el diseño correcto del AS, la amplitud de oscilación del sistema de movimiento del cabezal a la frecuencia de sintonización FI puede ser 25-30 veces menor que a la misma frecuencia en una caja cerrada. Esto significa que a bajas frecuencias, un altavoz FI tiene un rango dinámico mucho mayor que un altavoz de diseño cerrado con distorsiones no lineales y de intermodulación comparables. Lo más interesante es elegir la frecuencia de sintonización del inversor de fase Ff. La forma clásica de sintonizar Ff a la frecuencia resonante de la cabeza en el espacio libre está justificada en la gran mayoría de los casos. En este caso, se llega a un compromiso entre la uniformidad de la respuesta de frecuencia y la máxima potencia acústica posible de los altavoces a frecuencias próximas a la resonante (pero no inferiores a Ff). El factor de calidad equivalente del cabezal de baja frecuencia Qts para este caso debe estar en el rango de 0,35 ... 0,55. En el caso de usar cabezales de baja frecuencia con un factor de calidad alto de 0.15 = 0,65 ... 1,5 en un sistema de altavoces de tamaño pequeño, generalmente es difícil o imposible obtener una respuesta de frecuencia uniforme en el caso de cualquier volumen. Por lo tanto, es recomendable sintonizar Ff a una frecuencia 2 ... 3 veces (más precisamente, ver más abajo) por debajo de la frecuencia de resonancia del cabezal Fp. Al mismo tiempo, la respuesta de frecuencia del altavoz por encima de la frecuencia Ff prácticamente repetirá la respuesta de frecuencia de un altavoz cerrado del mismo volumen.
Cuanto menor sea Ff, mayor será la similitud de la respuesta de frecuencia. A una Ff de baja frecuencia, también se observan distorsiones de fase más pequeñas y un tiempo de retardo de grupo más pequeño de la radiación AS a frecuencias bajas (Fig. 1-4). Head 6GD-2, Qts(5=0,62, Fр=31 Hz, Vаs=241 l, SPL=92,3 dB/W*m. Datos estimados para diferentes diseños acústicos: 1. Altavoces con inversor de fase, volumen óptimo 550 litros, Ff = 20 Hz 2. Altavoces con inversor de fase, volumen 32 litros, Ff = 25 Hz 3. Altavoces de tipo cerrado, volumen óptimo 386 litros 4. Altavoces de tipo cerrado, volumen 32 litros El nivel 108 dB lo proporciona un cabezal en una amplia banda de frecuencias de 300-2000 Hz a una potencia nominal de entrada b W. Las dimensiones calculadas del FI son las siguientes: Para una AU con un volumen de 550 litros - un diámetro de 15 cm, una longitud de 7 cm Para una AU con un volumen de 32 litros - un diámetro de 5 cm, una longitud de 24 cm -10% para calcular la frecuencia de sintonización FI óptima (mínima posible) (Ffi min) para un cabezal de baja frecuencia específico. En caso contrario, este es un criterio para determinar la frecuencia, a partir de la cual un determinado cabezal dinámico (en altavoces con FI) es capaz de proporcionar una presión acústica máxima no inferior a la de frecuencias medias cuando se le aplica la potencia eléctrica nominal: Fphi min= 15 / SQRT( Dg * sqrt(Ng)) * SPL/Xmax, donde Ng es el número de cabezales del mismo tipo instalados en la caja del altavoz Dg es el diámetro del difusor (en el centro de la ondulación), cm SPL - es la sensibilidad de la cabeza dB/W*m Xmax es el desplazamiento máximo del difusor (en una dirección), cm. Lo principal es que la frecuencia Ffi min, por debajo de la cual la presión acústica máxima creada por la cabeza comienza a disminuir bruscamente, prácticamente no depende ni del volumen del cuerpo ni de la frecuencia de resonancia natural de la cabeza. Por lo tanto, no tiene sentido calcular un gabinete con un FI sintonizado a una frecuencia por debajo de Fphi min: no podrá obtener un retorno acústico aceptable de un controlador de baja frecuencia en un gabinete de altavoz incluso de un volumen muy grande, aunque la respuesta de frecuencia del altavoz puede ser óptima. Ejemplos: 10GD-34 (25GDN-1-4): Ffi min = 0,8 / sqrt10,5 * 84 / 0,6 = 35 Hz (98dB) 6GD-2: Ffi min = 0,8 / sqrt21 * 91,4, 0,5/32 = 104 Hz (10dB) 30GD-20 (1GDN-4-0,8): Ffi mín = 16,7/raíz cuadrada 86 * 0,8/21 = 98 Hz (30 dB) 2GD-75 (1GDN -4-0,8): Ffi mín = 21/raíz cuadrada 86 * 0,8 / 19 = 105 Hz (XNUMX dB)
Usted pregunta: "¿Es este el secreto de los graves profundos?" Estas son frecuencias de sintonización FI reales, hasta las cuales estos cabezales pueden proporcionar una presión acústica comparable a la presión en frecuencias medias a la potencia de entrada nominal. Además, todo es simple: 1. Si la cabeza tiene su propia frecuencia de resonancia no inferior a Ffi min y factor de calidad Qts=0,3...0,5, entonces siéntase libre de calcular el cuerpo con FI de acuerdo con el conocido método [3 ]. Como resultado, obtendrá un altavoz óptimo con una respuesta de frecuencia plana sin aplicar una corrección PA adicional. 2. Si el cabezal tiene su propia frecuencia de resonancia no inferior a Ffi min y un factor de calidad Qts=0,6...1,5, existe la posibilidad de crear altavoces de cualquier volumen aceptable con un FI sintonizado a la frecuencia Ffi min. En este caso, solo se puede obtener una respuesta de frecuencia plana del altavoz utilizando la corrección apropiada de la respuesta de frecuencia del PA (corrector Linkwitz - ver más abajo). 3. Si el cabezal tiene su propia frecuencia de resonancia Fр < 0,85 * Ffi min, entonces puede pensar en instalar dos o más cabezales del mismo tipo en los altavoces y luego seguir la opción 1 o 2 o abandonar por completo el uso de este tipo de cabezas en la sección de baja frecuencia de su parlante. Otras formas de "forzar" el cabezal de baja frecuencia para que funcione al 100% son construir parlantes de dos o tres volúmenes con la colocación del cabezal de baja frecuencia dentro de la caja con radiación a través del puerto FI (puertos). Tal CA es realmente difícil de calcular en casa. Un poco sobre los diseños de inversores de fase. El diseño estándar de un FI tubular debe cumplir las siguientes condiciones: rigidez y ausencia de armónicos resonantes en el material de la tubería, el diámetro del orificio (tubo) del FI debe elegirse no menos de 1/4 del diámetro del cono de cabeza de baja frecuencia. Dado que el FI, al igual que el parche dinámico, es una fuente de vibraciones de sonido, el tubo FI no debería crear armónicos adicionales. Toque la pared de la tubería PHI con un lápiz. Si "suena", pegue la superficie exterior de la tubería FI en una capa con caucho, linóleo y / o envuélvala con yeso, cinta aislante (no cinta adhesiva) en 5-6 capas. El orificio FI en el panel frontal del altavoz debe colocarse a no más de 10-15 cm del borde del cabezal de baja frecuencia. En principio, la salida FI se puede colocar en cualquier pared lateral o trasera de la caja del altavoz. Solo en el caso de que el altavoz se instale en el espacio entre los muebles o cerca de la pared u otros objetos que limiten la radiación lateral o trasera, se debe colocar el orificio FI en el panel frontal. Al calcular la longitud del tubo FI, se supone que el borde interior del tubo debe estar al menos a una distancia de su diámetro de la superficie interior de la pared opuesta de la caja AU. Si no se cumple esta condición, se vuelve a calcular el FI con un diámetro menor. En lugar de un FI, puede utilizar dos con un diámetro interior de 0,71 del AI calculado. También es útil para redondear los extremos de los tubos. Llenar el gabinete del altavoz con un absorbente de sonido, a voluntad, excluyendo el área FI, pero no más de 15 g / litro. Otro tipo de distorsión que afecta a la calidad del sonido de cualquier altavoz es la pérdida de difracción de las ondas sonoras. Este tipo de distorsión aparece en la región de frecuencia de 100-800 Hz y es una disminución gradual de la presión acústica generada por los altavoces por debajo de una determinada frecuencia. A pesar de que este tipo de distorsión es bien conocido, su descripción en nuestra literatura de radioaficionados se dio incorrectamente, aparentemente durante las primeras traducciones de artículos extranjeros al ruso. Este tipo de distorsión nos fue explicado como "Distorsiones en la respuesta de frecuencia de varias formas de gabinetes de altavoces" [6]. Sin embargo, cuando se colocan altavoces "en la pared", la distorsión por difracción puede ser pequeña en cualquier forma del gabinete. De hecho, cuando la superficie interior de las paredes del altavoz se pega con material absorbente de sonido, la superficie interior del altavoz se puede hacer casi esférica. ¿Cambiará, en principio, el comportamiento del AX de tal AU? No. El punto es este. A bajas frecuencias, la longitud de onda emitida por el altavoz es mucho mayor que las dimensiones físicas del propio altavoz, por lo que las ondas sonoras recorren la carcasa del altavoz, es decir, se irradian al espacio 2pi (alrededor). A altas frecuencias, donde la longitud de onda emitida es más pequeña que el tamaño del panel frontal del altavoz, la radiación solo es posible hacia adelante, es decir, hacia adelante. en un medio espacio [4]. Por lo tanto, a una potencia eléctrica constante suministrada al altavoz, y con un AH horizontal del cabezal dinámico (y en la región de 200-500 Hz, los raros casos de cabezales de baja frecuencia presentan anomalías), a partir de una determinada frecuencia, el AH del sistema a lo largo del eje de radiación aumenta a +6 dB. El comportamiento más suave del AC se observa en ausencia de bordes externos afilados en el diseño del AC (Fig. 5). En el caso de una carcasa estándar, el AX de la distorsión de difracción tiene mínimos y máximos locales, pero al aumentar la frecuencia, el retroceso del AU a lo largo del eje de radiación aún aumenta en un factor de 2 (Fig.b). La frecuencia media (Hz) a la que la salida del altavoz aumenta (idealmente) en 3 dB se puede calcular en Hz utilizando la siguiente fórmula empírica: Fd=115/W, donde W es el ancho del panel frontal del altavoz en metros. La cantidad de distorsión debida a la pérdida por difracción de +6 dB se produce solo cuando los altavoces se colocan en un espacio libre, que no es una sala de estar. Las ondas sonoras de baja frecuencia que envuelven al altavoz se reflejan hasta cierto punto en la pared, cerca de la cual suele instalarse el altavoz, y llegan al oyente. Por lo tanto, el valor de pérdida realmente medido es de 3-4 dB. La existencia de distorsiones de difracción se puede verificar por las características acústicas de los altavoces industriales proporcionadas por los fabricantes (Fig. 7-9):
Es bastante simple compensar estas distorsiones AX al incluir la cadena correctiva más simple R4C4R5 en la ruta de reproducción de sonido entre el preamplificador y el amplificador de potencia (Fig. 10). Habiendo elegido la relación de resistencias R4=R5/2 (el valor de corrección es de unos 3,5 dB) y sus valores nominales en kOhm, determinamos la capacitancia C4 en microfaradios usando la fórmula: C4=130/(R5*Fd).
Ejemplo de cálculo: 1. Ancho del panel frontal del altavoz: 25 cm 2. Determine la frecuencia Fd= 115/0,25=460 Hz 3. Seleccione R5=4,7 kΩ, R4=4,7/2=2,4 kΩ 4. Determine С4=130/(4,7 *460)=0,062 µF (62 nF) simplemente no puede recordar. Después de aplicar tal corrección a algunos hablantes, estos últimos pueden comenzar a "murmurar". Esto es bastante normal, porque. el factor de calidad resultante de la mayoría de los altavoces de volumen pequeño construidos sobre cabezas comunes de baja frecuencia es obviamente superior a 0,71. Todos los fanáticos de la reproducción de sonido de alta calidad pueden notar que al colocar los altavoces en soportes de 0,4 ... 0,7 metros de altura, especialmente si también se alejan de la pared 0,3 ... 0,6 metros, el nivel de salida del altavoz cae notablemente en el woofer. . En este caso, intuitivamente aumenta el nivel de la señal en bajas frecuencias con un control de tono +3…+5 dB y ¿qué observas? Así es, un sonido más "verdadero" y, tal vez, "murmullo". El control de tono del amplificador de baja frecuencia en este caso reduce solo la distorsión de la difracción de las ondas de sonido. Por cierto, dicha ubicación de los altavoces a lo largo de la pared larga de la sala es la más óptima en términos de minimizar el efecto de la acústica de la sala en la respuesta de frecuencia de los altavoces.
Ahora imagine los altavoces AX que se muestran en las Figuras 7-9, si los diseñadores de estos altavoces "domésticos" se encargaran de compensar este tipo de distorsión con filtros pasivos. AS "Corvette" y "Vega" "murmurarían", pero "Estonia" no. Por cierto, el primero está hecho en un estuche cerrado, "Estonia" y "Vega", con IA sintonizada a 40-45 Hz. El análisis del AH de estos altavoces muestra que: 15AC-111 "Vega" - debido al alto factor de calidad del cabezal de baja frecuencia utilizado en el AU, el AX tiene un aumento en una frecuencia de 80-90 Hz de 2- 3 dB (el factor de calidad del altavoz es 1,3). En cualquier caso, se observa "murmullos" y se requiere corrección de la AH con filtros activos. El uso de una IA sintonizada a 40 Hz es casi óptima (35 Hz), pero no debe usarse para corregir el AH, sino para un propósito completamente diferente: proporcionar la máxima potencia acústica del woofer. • 35AC-021 "Estonia": casi el AH más parejo, pero configurar AI a una frecuencia de 45 Hz no permite el uso completo del potencial de la cabeza del bajo. Sería beneficioso aumentar el volumen de la caja en un 15-20 % y reducir la frecuencia de sintonización de la IA a 21-27 Hz. 75AC-001 "Corvette": no tiene una disminución de 180 dB a una frecuencia de 3 Hz, sino un aumento de 90 dB a una frecuencia de 95-3 Hz, causado por el factor de calidad resultante de los altavoces, igual a 1,3 -1,4 debido al pequeño volumen de la caja. La potencia acústica de los altavoces a bajas frecuencias la proporciona únicamente un cabezal de baja frecuencia de alta calidad 100GDN-3. Es recomendable utilizar corrector AI y AH. Así, si el factor de calidad resultante del altavoz es 1,1...2, es decir en AX AU hay un aumento de +1 ... 6 dB en la región de 60-110 Hz (signos obvios de "murmullos"), y el volumen de la AU es al menos 2-3 veces menor que el volumen equivalente de la cabeza de baja frecuencia Vas, es decir, tiene sentido aplicar la corrección AX en filtros activos de acuerdo con el circuito de transformada de Linkwitz, un ejemplo del circuito se muestra en la fig. 10 (excluyendo R4C4R5).
Simultáneamente con la corrección AX, el circuito proporciona una corrección local de la fase de la señal en la región por debajo de la frecuencia resonante, lo que reduce la distorsión de fase de los altavoces. AH y PFC del corrector se muestran en la fig. 11 y la figura. 12. Las características se calculan para el factor de calidad de un altavoz con un volumen de 32 litros, igual a 1,8 a una frecuencia de 98 Hz para obtener características acústicas horizontales en términos de presión sonora de 500 a 32 Hz (-3 dB) con un factor de calidad resultante igual a 0,71 (cabeza de woofer 6GD-2, Qts=0,62, Fр=31 Hz). El AX del corrector tiene un aumento de 12 dB por octava en la región de baja frecuencia para compensar la disminución similar en AX de un altavoz cerrado. Pero justo a estas frecuencias, la capacidad de sobrecarga de un AS cerrado es baja. Por lo tanto, es óptimo usar tal corrección AH para una AU con AI sintonizada a una frecuencia Ffi min. Determinar esto para una planta de energía nuclear terminada (o en construcción) es bastante simple. Primero, cerramos y sellamos la abertura del inversor de fase y medimos el módulo de resistencia del cabezal de baja frecuencia en el gabinete cerrado del altavoz. Por el valor máximo del módulo de resistencia, determinamos la frecuencia de resonancia del cabezal de baja frecuencia Fs en el gabinete del altavoz. Luego abrimos el orificio AI y nuevamente medimos el módulo de resistencia de la cabeza. Determinamos la frecuencia de resonancia de AI Ff por el mínimo del módulo de resistencia. Por lo general, en frecuencias por encima y por debajo del mínimo encontrado, el módulo de impedancia de la cabeza tiene picos pronunciados. Si Ff es mayor o igual que Fs, AI AS está configurado incorrectamente en cualquier caso. Si Ff es mayor que Ffi min, aumente la longitud de la tubería AI en proporción al cuadrado de la disminución deseada en Ff y sintonice AI a la frecuencia Ffi min. En el caso de que la tubería AI de la longitud calculada no se pueda instalar físicamente en el caso de AU, se utiliza una tubería de menor diámetro. Existe la opinión de que la instalación de otra IA en la AU, similar a la existente, reduce la frecuencia de sintonización de la IA. Esta opinión es incorrecta. De hecho, la frecuencia de sintonización de la IA aumenta en un factor de sqrt2 con una disminución simultánea de la velocidad del aire dentro de la IA, lo que es útil en algunos casos (además, una tubería de menor diámetro es más rígida). En otras palabras, instalar dos MT idénticos es equivalente a usar un MT de la misma longitud con un diámetro interior sqrt2 veces mayor que el diámetro de la tubería de uno de los MT del par. Ahora es necesario determinar el factor de calidad resultante del woofer a la frecuencia Fs en la AU con AI sintonizado a la frecuencia Ffi min. En casa, es casi imposible hacer esto a través de la medición directa de la respuesta de frecuencia de los altavoces por presión de sonido. Es mucho más fácil y preciso obtener el valor de CA mediante el cálculo en una PC utilizando un software especializado. Sin embargo, cualquier método de modelado matemático involucra hasta 10-30 parámetros conocidos de un cabezal dinámico particular, que, de nuevo, son difíciles de medir en casa. Propongo una forma muy sencilla de determinar el factor de calidad de los altavoces con una precisión de alrededor del 10-15%, que además requerirá cualquier micrófono electret (IEC-3) y un preamplificador para ello con una respuesta de frecuencia plana de 10 a 10000 Hz. Vuelva a cerrar y sellar el orificio FI AS (si lo hay). Después de eso, el micrófono se coloca en las inmediaciones de 2-5 mm desde el difusor de la cabeza de baja frecuencia a una distancia de 2/3 del radio del difusor desde su centro. Se conecta un voltímetro de CA a la salida del amplificador del micrófono y se envía una señal del generador AF al cabezal (a través del PA con una respuesta de frecuencia plana). La potencia suministrada al cabezal no debe exceder los 0,1-0,5 W. Al cambiar la frecuencia del generador de 500 a 20 Hz, se construye la respuesta de frecuencia del altavoz. Están convencidos de la presencia de una “joroba” en la región Fs y una pendiente de respuesta de frecuencia de 12 dB/octava por debajo de esta frecuencia. Encuentre la relación entre el voltaje de salida máximo a una frecuencia cercana o ligeramente superior a Fs y el voltaje de salida a una frecuencia de 500 Hz. El valor resultante se eleva al cuadrado. El resultado será igual al valor del factor de calidad de los altavoces con FI. Los seguidores de cualquier método para reducir el factor de calidad del woofer (PAS, impedancia de salida negativa del PA, etc.) en esta etapa pueden elegir la cantidad de material absorbente de sonido en el caso de un altavoz cerrado (diseño PAS, Rout PA valor) para obtener el valor deseado del factor de calidad. Cuando se usa una cantidad significativa de material absorbente de sonido, pero no más de 15 ... 23 g / litro [7], es deseable "organizar" un espacio libre de 3-5 litros usando un marco de alambre entre el FI y la cabeza de baja frecuencia. Para aquellos que pueden calcular o determinar el factor de calidad de un controlador de baja frecuencia (con parámetros medidos conocidos) instalado en un gabinete de altavoz específico, los métodos estándar existentes son preferibles. Los resultados de las mediciones del factor de calidad y la frecuencia de resonancia de la cabeza en un AS cerrado (Fs) se pueden usar para seleccionar las clasificaciones del corrector (Fig. 10) solo para el caso en que el FI esté sintonizado a la frecuencia Fphi min, en menos 2 veces menor que la frecuencia Fs. Se procede a determinar las calificaciones de la etapa correctiva RC. Se recomienda el amplificador operacional 157UD2 (para la versión estéreo del corrector, el circuito de corrección del amplificador operacional es para ganancia unitaria). Dado que el cálculo de los elementos del corrector es bastante complicado, los resultados del cálculo informático de los valores RC se muestran en la Tabla 1 para varios valores del factor de calidad del altavoz y la frecuencia Fs=80 Hz. Para otros valores de la frecuencia Fs, las capacidades nominales de los capacitores simplemente se recalculan de acuerdo con la fórmula: C1'= 80 C1/P'z.
De manera similar, se recalculan las capacitancias de los capacitores C2 y C3. Puede dejar las capacitancias de los capacitores sin cambios y recalcular las resistencias V1-VZ de la misma manera. La única limitación es que la resistencia de la resistencia B2 no debe ser inferior a 2 kOhm, porque. es la carga principal del amplificador operacional a altas frecuencias. Cuando el corrector se enciende antes que el PA (antes del bloque de timbre), la respuesta de frecuencia real del sistema en términos de presión sonora será horizontal con una tolerancia de ± 2 dB a la frecuencia de operación más baja (indicada en la tabla, sujeto a Fphi min < F (-ZdB)), y el factor de calidad equivalente del altavoz es 0,71, 1. Las clasificaciones RC deben seleccionarse con una precisión del 1,6%. Con valores de CA iguales a 4 y superiores (5-6-7-1 filas de la Tabla 30), el corrector tiene un aumento significativo en la respuesta de frecuencia en frecuencias de 20-13 Hz (16-20-24-XNUMX dB) . Para evitar una sobrecarga evidente del MIND y AS con una señal real tomada de la salida del corrector, se recomienda utilizar un filtro paso alto de primer orden con una frecuencia de corte de 30-35 Hz en la entrada del MIND ( o bloque de tono). Esto se puede hacer reemplazando (o instalando) un capacitor en la entrada del PA, cuya capacitancia en nF se calcula usando la fórmula 5000 / Vin., Donde Rin. - impedancia de entrada del PA (o bloque de tono), kOhm. El sonido de los altavoces, cuya respuesta de frecuencia se corrige de las dos formas indicadas, no solo lo complacerá, sino que lo sorprenderá. Finalmente sentirá la ausencia total de coloración del sonido en el rango de baja frecuencia; no habrá "murmullos" como tales. El control de tono de graves del amplificador finalmente funcionará como debería, de manera efectiva. Bastante suficiente será la profundidad del control de tono bajo ± 3-5 dB. El retorno de la presión del sonido a la frecuencia operativa más baja de los altavoces será el máximo posible para el controlador dinámico de baja frecuencia aplicado.
El modelado y la medición directa de las características de los cabezales y parlantes (para confirmar los resultados de los cálculos) se realizó utilizando una PC multimedia clase Intel Pentium III con una tarjeta de sonido calibrada (respuesta de frecuencia 15...17000 Hz ±0,2 dB). Se utilizaron varios software gratuitos, incluidas versiones de demostración de programas de JBL, Blaupunkt y Peerless (emuladores de generadores de señal, medidores de respuesta de frecuencia de ruido blanco, analizadores de espectro de ruido rosa de 1/2-1/12 octava, programas para calcular los parámetros de altavoces cerrados, altavoces con FI, etc.) La configuración del software establece la resolución de frecuencia a menos de 0,3 Hz. Adicionalmente, utilizamos: PA 60 W con ligera distorsión en el rango de 10-40000 Hz y un micrófono electret (completo con un preamplificador) con una respuesta de frecuencia conocida en el rango de 30-15000 Hz ±1,0 dB. La corrección de las conclusiones se verificó experimentalmente de la siguiente manera. Adquirido "en la ocasión" altavoces cerrados "Bifrons" (Hungría, Budapest, planta "BEA6", 1975 en adelante, volumen 36 litros, cuerpo multicapa de madera maciza rellena de algodón 12 g / litro, 9 (!) Banda ancha cabezales de tipo BEA6 HX-125-8 con una potencia nominal de 12 W cada uno y una frecuencia de resonancia de 68-71 Hz, Qts = 1,02 ... 1,08) perfectamente reproducidos música clásica, jazz. En cuanto se trataba de escuchar rock o música electrónica moderna, los altavoces inmediatamente "perdían" sus posiciones (esto es a 108 W de potencia nominal y una sensibilidad de 88 dB/W*m). Medir los parámetros de los cabezales HX-125-8 y modelar los parlantes en una PC mostró todas las desventajas del diseño de fábrica. Con un diseño cerrado, estos altavoces prácticamente ni siquiera podían dar la potencia que desarrolla 10MAS-1 a una frecuencia de 60 Hz (la respuesta de frecuencia comenzó a declinar desde 110 Hz). Reemplazar uno de los 9 parlantes con un FI (ver foto) sintonizado a 38 Hz dio resultados sorprendentes. Los altavoces sonaron. No es tan importante comparar los resultados de medir la respuesta de frecuencia de los altavoces antes y después de la alteración (la respuesta de frecuencia prácticamente no ha cambiado), como el cambio en la naturaleza del sonido de los altavoces: se han vuelto "omnívoros". ". Incluso en las grabaciones de la orquesta de cámara y el coro, apareció una ligereza, profundidad y claridad que no existía antes. Además, la respuesta de frecuencia del sistema en la región de 35-200 Hz fue corregida por el filtro activo descrito, que se enciende en la entrada PA. Gracias a la corrección de la respuesta de frecuencia y, lo que es más importante, de la respuesta de fase, los altavoces comenzaron a reproducir el registro de graves con una fidelidad realmente alta. Al describir el sonido de los altavoces, se hizo posible usar epítetos como "corrección", "elasticidad", "poder", "emocionalidad". Por ejemplo, al reproducir el sonido de un helicóptero que se aproxima en el álbum The Wall de Pink Floyd, todo lo que podía en la habitación empezaba a vibrar. Esto fue "creado" por honestos 10 vatios a frecuencias de 40 Hz. Después de estas mejoras, los altavoces ocuparon un lugar digno de "liderazgo" en el sistema de cine en casa (créanme, el subwoofer se ha vuelto irrelevante). ¡Atención! Si la potencia de salida máxima de su PA excede la potencia nominal del cabezal de baja frecuencia del altavoz tres veces o más, le recomiendo proteger el altavoz contra sobrecargas con un fusible para una corriente que se puede calcular utilizando la fórmula: cabezal, Rg - resistencia de la cabeza a la corriente continua. Publicación: cxem.net
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