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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cortocircuito acústico en un altavoz y su superación. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Altavoces ¿Es posible tener un diseño acústico diferente para el altavoz además del ya común bass reflex o caja cerrada, así como versiones más caras de altavoces de bocina y de laberinto? Este artículo describe un método para ampliar el ancho de banda eficiente de baja frecuencia en gabinetes abiertos y proporciona diseños de altavoces prácticos. En un altavoz, cuando el difusor de tipo electrodinámico oscila, sus superficies delantera y trasera ponen el aire en movimiento, creando alternativamente su compresión y enrarecimiento. Así, cuando la presión aumenta en un lado del difusor, en el otro lado, por el contrario, disminuye. A bajas frecuencias, si el cabezal dinámico no tiene un diseño acústico (en el espacio libre), debido a la difracción de las ondas sonoras se produce un cortocircuito acústico y la presión sonora resultante en el espacio circundante se atenúa considerablemente. Para eliminar este fenómeno nocivo, el cabezal dinámico se coloca en una pantalla acústica, que elimina el efecto compensador de las oscilaciones antifase de compresión-descarga. Los diseños básicos de dichas pantallas y sus características se describen en [1-3]. Recordemos brevemente estas conocidas opciones. Un escudo cuyas dimensiones deben ser lo suficientemente grandes y al menos acordes con la longitud de onda acústica en la frecuencia reproducible más baja. A frecuencias más bajas (decenas de hercios), las dimensiones del escudo son grandes: varios metros, lo que es inaceptable para diseños prácticos. Una caja con la pared trasera abierta es un escudo "enrollado". Este diseño acústico del altavoz se utilizó ampliamente en los años 30 y 60 del siglo pasado, cuando los requisitos para el ancho de banda de las vibraciones del sonido reproducido eran pequeños. Una caja con un laberinto, cuya longitud es igual a la mitad de la longitud de onda en bajas frecuencias [1], es excesivamente compleja en diseño y tecnología de fabricación y, por lo tanto, prácticamente no está muy extendida. También se utiliza una bocina, que es una guía de ondas divergente, para aumentar la salida de sonido. En bajas frecuencias, las dimensiones de la bocina son demasiado grandes. Una caja cerrada, generalmente llena de material absorbente de sonido para evitar ondas estacionarias y otras ondas. En este caso, la energía acústica emitida por la superficie trasera del difusor se disipa en el interior de la caja. Una caja cerrada con bass reflex es ahora uno de los tipos populares de diseño acústico, propuesto en 1930. El bass reflex es un tubo o un agujero hecho en la caja. El bass reflex opera en una banda de frecuencia muy estrecha y, con una gama suficientemente amplia de señales de baja frecuencia, los procesos transitorios se retrasan en forma de "coloración" de los sonidos del registro de graves. Como resultado, los instrumentos musicales con diferentes timbres suenan muy similares, es decir, el bass reflex distorsiona los sonidos reales. Como en la versión anterior, aproximadamente la mitad de la potencia acústica se pierde en la caja. La falta de otros diseños acústicos eficaces obliga a los desarrolladores de sistemas acústicos (AS) a utilizar esta solución técnica [2, 3]. Superar un cortocircuito acústico en los altavoces y al mismo tiempo crear un diseño acústico simple y energéticamente eficiente para altavoces que funcione en una amplia banda de frecuencia de audio prácticamente sin pérdidas de sonido es actualmente un problema importante y sin resolver [2, 4]. Las soluciones técnicas descritas en el artículo, que eliminan los cortocircuitos acústicos, permiten utilizar una sala sonora para aumentar la eficiencia de los altavoces en bajas frecuencias. Al mismo tiempo, se reducen los requisitos para el diseño de una estructura acústica eliminando las ondas estacionarias en la caja, ya que la energía sonora de la radiación trasera del cabezal sale de la caja al espacio, sonando. En estos diseños se reduce o elimina por completo la influencia de la elasticidad del aire limitada por el volumen de la caja y el aumento de la frecuencia de resonancia del altavoz. La energía sonora en materiales sólidos se propaga en forma de flujo, y la propagación ortogonal al eje de radiación es mucho menor (hasta -30 dB) que a lo largo del eje de radiación [5]. En el entorno aéreo, también se aplican los principios de la suma de vectores de velocidad oscilatoria, independientemente de la frecuencia y fase de los flujos sumados de vibraciones sonoras. De la teoría de las oscilaciones [6] también se sabe que dos oscilaciones armónicas que tienen la misma frecuencia y fase arbitraria entre sí y se propagan mutuamente perpendicularmente no interactúan entre sí. En la zona cercana de los emisores, son importantes las relaciones entre la velocidad de vibración y la velocidad de propagación, así como la longitud de onda a y el diámetro del emisor d (agujero de radiación). Separar los flujos sonoros de radiación directa e inversa del cabezal y convertirlos en flujos ortogonales entre sí permite eliminar el cortocircuito acústico del emisor. Mediante medidas constructivas, utilizando una “guía de ondas”, es posible girar 90 grados el flujo de sonido creado por la superficie trasera del difusor del altavoz, como se muestra en la Fig. 1 (vector B). En las proximidades del punto O, se suman las velocidades oscilatorias del flujo tangencial de la guía de ondas y el flujo de radiación frontal de la cabeza (vector A). Si los flujos y velocidades vibratorias son iguales, al calcular la R resultante obtenemos la presión acústica total 1,41 veces mayor que cada uno de los componentes.
Así, en el espacio más cercano al radiador, la presión acústica p aumenta en 3 dB. La potencia acústica entregada por el altavoz en la habitación [7] se duplicará, por lo que para obtener la misma potencia sonora para dicho altavoz, se necesitará un UMZCH con la mitad de potencia: Ra = p2V/Tc 10-5, W (a Rr = 3 m), donde V es el volumen de la habitación; Тс - tiempo medio de reverberación óptima; Rr es el radio del auge. Como puede verse en la fórmula, la magnitud de la potencia acústica Pa aumenta notablemente si abandonamos las soluciones de diseño conocidas para el diseño acústico de los altavoces. Teniendo en cuenta el efecto del material fonoabsorbente con el que suele rellenarse una caja de altavoz cerrada para absorber la energía emitida desde la superficie trasera del cono, el beneficio real puede ser incluso mayor. Siguiendo el principio declarado de eliminar los cortocircuitos acústicos, el autor desarrolló diseños de diseño acústico, una de cuyas opciones se muestra en la Fig. 2.
En un caso con una pared trasera en blanco 1, la parte inferior del panel frontal 2 ("plataforma rota") está inclinada en ángulo con la vertical, formando con la parte superior del panel frontal una "guía de ondas" para las ondas sonoras creadas. desde la parte posterior del cabezal del altavoz. Al calcular el diseño, es importante cumplir la condición de que el área de la sección transversal de la guía de ondas a través de la cual se propaga el flujo de sonido desde la caja no sea menor que el área de la superficie trasera del difusor. De lo contrario, la reproducción de las frecuencias más bajas se verá debilitada debido a la elasticidad residual del aire en la caja. Las mediciones realizadas en una cámara anecoica del Instituto de Acústica de la Academia de Ciencias de Rusia confirmaron los supuestos considerados, lo que nos permite hacer las recomendaciones presentadas en este artículo. El sonido que sale de la guía de ondas se agota en las frecuencias altas y suena más aterciopelado al oído que el sonido del flujo frontal. Esto no empeora en absoluto la musicalidad del sonido debido a la diferente dirección de propagación del flujo desplegado: la sala también participa en la formación de la imagen sonora, haciéndola tridimensional. Incluso si en la habitación hay muchos absorbentes de sonido, como alfombras y muebles tapizados, la naturalidad del sonido y su volumen no se pierden. Basándose en el método propuesto, el autor desarrolló y fabricó un altavoz estéreo "Tsunami". Cada uno de los altavoces del sistema utiliza un controlador de bajas frecuencias L-15 (procedente de Alemania) de 3712 pulgadas, con una potencia máxima de 100 W, y dos controladores de altas frecuencias 6GDV-4. El rango de audio se divide en dos bandas: 20...5000 Hz y 5000...25000 Hz. La eficiencia medida en el modo de radiación LF fue igual a 110 dB/VBt-m con una excelente calidad de reproducción del sonido. Con este altavoz, con una potencia eléctrica media de 5 W por canal, se sonó una sala con capacidad para 600 personas. Los resultados de los estudios experimentales de muestras de altavoces y sistemas acústicos fueron presentados por el autor en un informe en la Sesión Acústica de Nizhny Novgorod [7]. En la Fig. La Figura 3 muestra otro diseño de altavoz y un diagrama vectorial de la propagación de los flujos de sonido A, B y R.
El flujo de sonido A es frontal, el flujo B es trasero. El vector R es el resultado de la suma de los vectores A y B. En esta figura, las siguientes designaciones de elementos son: 1 - cabezal de sonido; 2 - cuerpo; 3 - guía de ondas para la salida de energía sonora de la radiación trasera; 4 - orificio de salida de la guía de ondas; 5 - pared de guía de ondas; 6 - pared frontal de la guía de ondas. Un altavoz de este tipo proporciona una propagación del sonido más difusa en el espacio. Los controladores de alta frecuencia también están instalados en la pared frontal del altavoz. Análisis de los diagramas vectoriales mostrados en la Fig. 1 y 3 muestran que el método propuesto para eliminar los cortocircuitos acústicos entre las corrientes A y B permite superar este fenómeno nocivo en los sistemas de sonido con ganancias simultáneas de energía y calidad. El trabajo experimental se llevó a cabo con cabezales 4A-32 en una gran sala silenciosa utilizando un generador de sonido GZ-33, un voltímetro VZ-33, un frecuencímetro 43-32 y un sonómetro de precisión del tipo 00017 con un micrófono de condensador del MKD. tipo. Para obtener parámetros comparativos también se estudió un altavoz convencional con cabezal 4A-32; El prototipo era un altavoz de serie 35GD-4 en una carcasa cerrada. Su respuesta de frecuencia medida se muestra en la Fig. 4.
En el rango de frecuencia de 80... 12000 Hz, la sensibilidad característica promedio es de aproximadamente 94 dB/VBt-m con una irregularidad de hasta 26 dB. La carcasa contiene material fonoabsorbente. El sonido de este altavoz no es de alta calidad. En la Fig. La Figura 5a muestra los resultados de las mediciones de la respuesta de frecuencia del altavoz Tsunami (su diseño es similar al que se muestra en la Fig. 1) con el mismo cabezal 4A-32. La eficiencia promedio de la radiación frontal aumentó a 98 dB/VBt-m en el rango de frecuencia 40...20000 Hz, la irregularidad de la respuesta de frecuencia disminuyó a 9 dB y la banda de frecuencia reproducida se expandió. ¡La ganancia en eficiencia electroacústica del prototipo y del Tsunami AS resultó ser 6,4 veces mayor!
En la Fig. 5,6 muestra la respuesta en frecuencia del altavoz a lo largo del vector B, de donde se deduce que la banda de frecuencia emitida es igual a 50..J6000 Hz con una eficiencia de 96 dB/W-m y un desnivel en la banda de 12 dB. En el AS 35GD-4 y similares, la energía de la radiación trasera del cabezal se convierte en calor. El AS realizado por el autor por analogía con el diseño de la Fig. 2 con carcasas de televisores de tubo "Rubin", "Electron", etc. mostraron excelentes resultados. Se utilizaron cabezales 4A-32, 6GD-2, etc., capaces de reproducir bien las bajas frecuencias. El autor no utilizó cabezales con un sistema de movimiento pesado debido a su baja eficiencia y su banda de frecuencia de funcionamiento insuficientemente amplia. La producción de los altavoces propuestos, desprovistos de circuitos acústicos, se puede realizar en casa y resulta interesante a la hora de deshacerse de equipos obsoletos. El método propuesto para eliminar un cortocircuito acústico en un altavoz puede mejorar significativamente los altavoces de bocina. En la Fig. La Figura 6 muestra un diseño simplificado de un altavoz de bocina 1, fabricado sobre la base de un cabezal electrodinámico convencional (difusor) 2. La radiación directa del sonido se produce a través de la bocina 3 y la radiación inversa desde el cabezal a través de una guía de ondas simétrica 4. Un diagrama vectorial Allí se muestra la distribución de los flujos de radiación sonora en el plano horizontal.
Los diseños de aire acondicionado presentados en el artículo, construidos sobre la base de las disposiciones indicadas, son solo una pequeña parte de la posible variedad de opciones. Literatura
Autor: V. Nosov, Moscú
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Comentarios sobre el artículo: Eugene Hay y hubo hace unos cuarenta años una solución más sencilla sin "filosofar del maligno". Sirve para configurar la primera columna: ZG, osciloscopio, ML. 19, orejas de músicos. Y la posibilidad de alterar el volumen de la columna. También se encontró la respuesta de graves óptima. Se utilizaron los llamados cabezales "espectaculares", ubicados en las paredes laterales de la sala de cine. Se equiparon con cines de gran formato. Se encargaron de fábrica. Y la solución fue muy simple. Gire los conos de los altavoces sin resistencia del aire desde atrás. Se hizo un orificio trasero en la caja del altavoz, cuya área se seleccionó de acuerdo con la característica, de acuerdo con la "curva", naturalmente. Entonces este producto podría ser repetido. Los propietarios de los altavoces todavía lo tienen, que luego se hicieron. Y, tenga en cuenta. Para la reproducción, los amplificadores se ensamblaron de acuerdo con el esquema de las unidades acústicas de control húngaras. Sistemas de montaje en centros de radio. Estudios de grabación decentes. Amplificadores de válvulas. Lámparas para etapas de salida del tipo - 1540. Fue difícil de conseguir. Pero estos tetrodos son duraderos y si no los sobrecarga con voltaje de ánodo, pueden funcionar durante mucho tiempo. El circuito amplificador de la unidad de control es muy bueno. El retorno en promedio es de 15 W. No recuerdo las medidas ahora. Pero esta potencia es bastante aceptable para una habitación de 150 metros cúbicos. Con tres rayas. alta frecuencia MF y LF ya he olvidado las características, pero la frecuencia del amplificador con una salida normal era muy amplia. Los armónicos no fueron cortados. Con los altavoces convencionales se usaban filtros que cortaban las frecuencias altas y medias, era una solución un poco peor. Sin embargo...! ¡De paso! El sonido es absolutamente único, la reproducción del AF por parte del amplificador en triodos dobles del tipo 6H5-, 6H-7. circuito sin transformador. Fue hecho para altavoces de ochocientos ohmios fabricados por RRR, Letonia. Desafortunadamente, el segundo falló. Las manos no alcanzaron. Y en estéreo estarían muy bien. Pero puedes hacerlo en autotrans. Salida máxima de hasta 17 vatios. En vano se olvidan los emisores de panel. Producido aquí, en la URSS. Fue una muy buena reproducción. Incluso MOTOROLLA intentó copiárnoslas. Sí, algo salió mal. Aunque ellos, los rayados, tenían excelentes unidades de reproducción. Para una habitación pequeña y un altavoz decente, los amplificadores basados en potentes triodos dobles eran bastante... Uno de esos amplificadores también funciona. En ese momento, los que experimentamos con la reproducción de sonido de alta calidad éramos considerados excéntricos. Juega y juega. Canta y canta. ¡Entonces de repente me di cuenta de la alta calidad del sonido! Ex-expositor y diplomado de la XNUMX° muestra de radio.
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