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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cálculo y diseño de sistemas acústicos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Altavoces Caja sin pared trasera La frecuencia de resonancia principal de tal caso.
donde I es la profundidad de la caja, m; S - área del agujero, m2. Un aumento de la potencia acústica en la frecuencia de resonancia principal de 3 a 6 dB para casos relativamente planos y de 6 a 10 dB para casos profundos le da al sonido en estudio un timbre antinatural. Si fI = fG, entonces el aumento de la potencia acústica en frecuencias más bajas es más significativo. Es recomendable utilizar un altavoz con una frecuencia de resonancia inferior a la frecuencia de resonancia de la caja; la relación más común es fG / fY = 0,5 - 0,7. Una carcasa sin tapa trasera no se utiliza actualmente como diseño acústico en sistemas de reproducción de alta calidad. Si no hay alternativa, entonces el caso debe ser lo más plano posible. Una caja sin tapa trasera con altavoz debe colocarse al menos a 20 cm de la pared, que se recomienda humedecer con una alfombra gruesa. Si el altavoz debe colocarse a lo largo de una de las paredes, preferiblemente a lo largo de la corta, más cerca de su centro. Cálculo de un caso cerrado La instalación de un altavoz en una caja cerrada de volumen suficientemente grande permite una reproducción satisfactoria de las bajas frecuencias, ya que la parte frontal del difusor está completamente protegida de la radiación de la parte trasera. Esto da como resultado una disminución más lenta de la potencia acústica a frecuencias más bajas que cuando se instala un altavoz en un bafle acústico de dimensiones finitas. La frecuencia de resonancia de un altavoz instalado en una caja cerrada fP de tamaño mediano, siempre que el altavoz ocupe menos de un tercio del área de la pared en la que está montado, se determina en el siguiente orden: 1) determinar la flexibilidad de las suspensiones del sistema de altavoces móviles СР; 2) calcule la flexibilidad del volumen de aire en el caso usando la fórmula
donde V es el volumen de aire en el caso, m3, igual a su volumen interno menos el volumen del altavoz, que en primera aproximación es 0,4 d4; d - diámetro del difusor, m; 3) en relación con SG/CB utilizando el nomograma de la fig. 4-20 determine la relación fP / fG proporcionada por una caja de un volumen V dado. La frecuencia de resonancia mecánica del altavoz en la pantalla acústica se puede tomar de la Tabla. 4-11. Si necesita utilizar un altavoz existente para crear un sistema acústico en forma de caja cerrada con una frecuencia de resonancia fP, entonces el volumen requerido de la caja se determina en el siguiente orden: 1) tomar el valor de la frecuencia de resonancia del altavoz fG en la pantalla acústica de la tabla. 4-11; 2) determinar la flexibilidad de las suspensiones del sistema de megafonía móvil SG; 3) habiendo establecido la relación deseada fP / fG, determine de acuerdo con el gráfico de la Fig. 4-20 la relación correspondiente SG/SV y encuentre la flexibilidad requerida del volumen de aire CD en un caso cerrado;
4) calcule el volumen requerido de aire dentro de la caja en metros cúbicos usando la fórmula El volumen interno total de la caja se obtiene sumando el volumen del altavoz al valor calculado V. Si se desconoce el valor de fG o es difícil determinarlo en una pantalla acústica de tamaño suficientemente grande, entonces se puede medir la frecuencia de resonancia mecánica del altavoz fB, sin pantalla, y utilizar la curva fP / fB en la Fig. . 4-20. El cálculo anterior es válido solo para frecuencias f<;40/L (L es la profundidad de la caja en metros). En este sentido, la parte posterior del cono del altavoz en una caja cerrada debe protegerse de las ondas sonoras reflejadas por las paredes internas, correspondientes a frecuencias más altas, cubriendo estas paredes con material fonoabsorbente. Las dimensiones de la caja cerrada pueden reducirse rellenándola con lana de vidrio o material similar. Dicho relleno equivale a aumentar el volumen de la caja en un 40%.
Si la frecuencia /p obtenida mediante el cálculo es lo suficientemente baja, entonces el altavoz debe tener Q de aproximadamente 1. Si la frecuencia fP es inaceptablemente alta, se obtienen buenos resultados reduciendo el factor de calidad a un valor de Q de aproximadamente 0,1; en este caso, por supuesto, es necesario subir las frecuencias más bajas en el amplificador unos 6 dB/octava a partir de la frecuencia
Cálculo del inversor de fase El bass reflex es una caja 1 (Fig. 4-21) con un orificio adicional 3, ubicado al lado del altavoz 2 montado en la misma pared y que tiene un área, por regla general, igual al área del difusor. Habiendo especificado la profundidad del orificio de inversión de fase, la relación de sus lados, calculando el área efectiva del difusor (determinando el área del orificio) y tomando la frecuencia de resonancia del inversor de fase fФ = fГ, según el nomograma de la Fig. 4-22 puede determinar el volumen requerido del caso.
La distancia desde el final del túnel hasta la pared trasera de la caja no debe ser inferior a dG/2. En la frecuencia fФ, el bass reflex puede considerarse como un transformador acústico que mejora la adaptación del altavoz a la carga de aire. Aunque la potencia acústica entregada por la parte frontal del cono disminuye a esta frecuencia, la potencia acústica general puede aumentar significativamente. Al mismo tiempo, las distorsiones no lineales se reducen significativamente y la potencia nominal del altavoz aumenta debido a una disminución en la amplitud del desplazamiento del cono.
La profundidad del orificio de fase invertida puede variar desde el espesor de la pared de la caja (Fig. 4-21, a) hasta un valor aproximadamente igual a 30 / fF cuando se usa el túnel 5 (Fig. 4-21, b). La considerable longitud del túnel permite el uso de una pequeña caja. A frecuencias por debajo de fF, la respuesta de flexibilidad del volumen de aire aumenta y forma una conexión rígida entre la masa de aire en el orificio y la masa del sistema en movimiento del altavoz. La masa de aire, por lo tanto, se suma a la masa del sistema en movimiento y, junto con la flexibilidad de las suspensiones, forma un circuito mecánico con una frecuencia de resonancia f1 < fФ . Cuando el difusor se mueve hacia adelante a esta frecuencia, el aire en el agujero se mueve hacia atrás (y viceversa) y la eficiencia de la radiación es insignificante. En frecuencias superiores a fФ, la resistencia de la masa de aire en el agujero se vuelve alta y el reflejo de graves puede considerarse como un caso completamente cerrado. La rigidez del volumen de aire se suma a la rigidez de las suspensiones y, junto con la masa del sistema en movimiento, forma un circuito con una frecuencia de resonancia f2 > fФ. La radiación del agujero de fase invertida a la frecuencia f2 es muy pequeña. La impedancia eléctrica total del altavoz RG en un bass reflex suele tener dos máximos (curva continua en la figura 4-23) en las frecuencias f1 y f2, ubicadas a ambos lados de la frecuencia de resonancia del altavoz en una pantalla acústica plana fG ( línea discontinua en la Fig. 4-23, donde R es la resistencia de la bobina del altavoz a la corriente continua).
Los picos de impedancia del altavoz en el bass reflex son significativamente más bajos que el pico del altavoz en la pantalla acústica, pero los valores correspondientes de Q1 y Q2 son más altos que el Qr del altavoz en la pantalla acústica. Esta desventaja es especialmente pronunciada en la frecuencia f1, ya que un aumento en la velocidad de movimiento del difusor conduce a un aumento de las distorsiones no lineales, cuya notoriedad se ve facilitada por la ausencia de radiación útil a esta frecuencia. Este fenómeno se puede combatir limitando la potencia de salida del amplificador a frecuencias cercanas a f1. Si se desea que la respuesta de frecuencia del altavoz en el inversor de fase sea horizontal en la parte baja del rango de frecuencias de operación, a partir de /r, entonces se debe cumplir la condición Qr = 0,6. Con un aumento en QG, el valor de Qg aumenta y el valor de QF disminuye, y esto provoca una respuesta de frecuencia desigual. Si no es posible reducir Qr, entonces es necesario al menos suprimir el pico de la respuesta de frecuencia en la frecuencia f2, que ocurre en QG > 0,6. Esto se logra introduciendo material fonoabsorbente 4 en la caja (ver Fig. 4-21). A veces, todo el volumen se llena con lana de vidrio. En este caso, el área del agujero de fase invertida, obtenida por cálculo a partir del nomograma de la Fig. 4-22 debe aumentarse 2,5 veces. La introducción de una gran cantidad de material fonoabsorbente en el bass reflex provoca un debilitamiento de la radiación de baja frecuencia, y si se desea extender la característica hacia estas frecuencias, al menos hasta fG, se debe garantizar un aumento significativo. en las bajas frecuencias del amplificador. El inversor de fase se sintoniza cambiando el área del agujero (por ejemplo, mediante una placa fija para que su rotación cambie el área del agujero) o la profundidad del túnel. Es necesario esforzarse para garantizar que el intervalo de frecuencia que separa los picos de impedancia resonante no difiera significativamente de la octava; las amplitudes máximas eran iguales; cualquier pico adicional causado por ondas estacionarias en la caja se eliminó agregando material amortiguador. La ventaja de un inversor de fase frente a una caja cerrada del mismo volumen es un aumento de la potencia acústica de aproximadamente 5 dB en el rango de una a dos octavas y una disminución de la distorsión no lineal en el rango de frecuencia fph - 2/f a la misma potencia acústica. La desventaja de un bass reflex es una disminución más rápida de la potencia acústica en frecuencias inferiores a fФ que en una caja cerrada y la necesidad de sintonización. Construcción de la caja En el caso de que se monte el altavoz, es posible la resonancia en una o más frecuencias del rango de sonido, lo que provoca un cambio desagradable en el timbre de la reproducción del sonido. Este fenómeno es más pronunciado en casos parcial o completamente cerrados. El uso de materiales con una alta densidad contribuye a la reducción de las vibraciones de la pared. El contrachapado utilizado para estos fines debe tener un espesor mínimo de 20 mm. Un buen resultado lo da la arena de río seca, vertida entre dos láminas delgadas de madera contrachapada. Las paredes, especialmente la trasera y en parte la delantera, deben reforzarse con bloques de madera. Es posible utilizar aglomerado. Amortiguación de la pared de la caja Las superficies internas de la caja 1 (Fig. 4-24) están cubiertas con una capa de material fonoabsorbente 6 con un espesor de al menos 10 mm (o uno de los pares de superficies paralelas con una capa de doble espesor). Sin embargo, no se eliminan las ondas estacionarias a frecuencias más bajas. El mejor resultado se obtiene dividiendo el volumen de la caja por una o más particiones 2 que absorben el sonido, por ejemplo, de fieltro de 5-10 mm de espesor. Las secciones de la caja que están separadas del altavoz por uno o más tabiques en este caso requieren muy poco tratamiento acústico. El tweeter 4 debe protegerse de la radiación del lado posterior del cono del woofer con varias capas de material absorbente de sonido o una tapa de metal 5. El woofer 3 se coloca en la parte inferior de la caja.
Ubicación de los altavoces El orificio en el que se coloca el altavoz se comporta como un tubo, cuya longitud es igual al espesor de la pared o tablero. Las resonancias y antirresonancias de este tubo, así como los reflejos de los bordes del orificio, provocan una respuesta de frecuencia desigual. Las recomendaciones obvias son biselar los bordes del orificio, o instalar el altavoz en una pantalla más delgada, que luego se coloca en una pared o pantalla de grosor normal.
Forma del cajón A frecuencias más bajas, el altavoz emite ondas esféricas y los bordes de la caja, especialmente los que forman la pared frontal, forman obstáculos en el camino de las ondas sonoras. Esto provoca distorsión del frente de onda (difracción) y radiación secundaria de los bordes, lo que da lugar a fenómenos de interferencia, provocando picos y huecos de hasta ± 5 dB en la respuesta de frecuencia. Desde el punto de vista de la lucha contra la radiación secundaria, la forma ideal es una esfera, lo peor es un cubo con un altavoz en el centro de uno de los lados. Un cuboide rectangular con un altavoz colocado más cerca de uno de los lados cortos es preferible a un cubo. Sin embargo, la mejor aproximación al ideal viene dada por una pirámide rectangular truncada colocada sobre un paralelepípedo rectangular (Fig. 4-25). Para cualquier forma, es deseable que la caja tenga diferentes valores de dimensiones lineales; ninguna de las dimensiones lineales era mucho mayor o mucho menor que las otras; el tamaño de caja más grande no debe exceder 1/4 de longitud de onda de la frecuencia más baja del rango operativo. tela decorativa no debe causar una pérdida significativa de potencia acústica. La tela más adecuada está hecha de hilos duros, fuertes (algodón o plástico) tejidos sueltos. El uso de telas hechas de hilos suaves y esponjosos no es deseable. Agrupación y puesta en fase de los altavoces Una conexión grupal está formada por varios altavoces idénticos colocados uno cerca del otro en una pantalla acústica. Un grupo de altavoces tiene una gran área de radiación en frecuencias más bajas (lo que requeriría un aumento significativo en el tamaño y peso del sistema móvil cuando se usa un solo altavoz); Al mismo tiempo, se conservan las ventajas de un altavoz independiente con un sistema móvil relativamente ligero, desde el punto de vista del modo transitorio y la reproducción de altas frecuencias. La resistencia del aire a la radiación de cada altavoz del grupo aumenta a frecuencias más bajas por un factor de n (ha es el número de altavoces del grupo). Esto permitiría obtener una ganancia significativa de potencia acústica si la masa del aire oscilante no aumentara simultáneamente en la raíz cuadrada de n veces. Como resultado, en n == 2 -:- 4, la potencia acústica aumenta significativamente, pero aún no por un factor de n (para la misma potencia eléctrica), y un aumento adicional en n casi no produce ganancia. Un aumento en la masa del aire oscilante reduce las frecuencias de resonancia de cada altavoz del grupo y, en consecuencia, amplía el rango de frecuencias de funcionamiento, especialmente de forma significativa en grandes i. La conexión más satisfactoria de los altavoces de un grupo es la paralela; entonces Q del sistema no diferirá de QG. Si es necesario que la resistencia del grupo sea igual a la resistencia de un altavoz, entonces, desde el punto de vista de la mejor Q del grupo, es mejor usar una conexión en serie-paralelo de altavoces (cuyo número debe ser igual a n2, donde n = 1, 2, 3...). Siempre que los altavoces se conecten en grupo, deben estar correctamente sincronizados: cuando se conecta una fuente de CC (como una batería de bajo voltaje) a los terminales de entrada, los conos de todos los altavoces deben estar desplazados en la misma dirección. El cambio de dirección de desplazamiento del cono del altavoz se realiza cambiando el orden de encendido de sus extremos de entrada. Si es difícil colocar un grupo de altavoces en una caja cerrada - el volumen requerido de la caja, según el cálculo, resulta inaceptablemente grande, entonces los altavoces pueden colocarse en una pequeña pantalla acústica o en una caja más pequeña llena de material absorbente material, compensando la atenuación de la radiación a bajas frecuencias mediante la corrección adecuada en el amplificador. Las desventajas de la conexión grupal incluyen una irregularidad significativa en la respuesta de frecuencia y la directividad a frecuencias más altas. Altavoces de dos y tres vías Selección de altavoces. La reproducción de sonido con calidad de clase I generalmente se puede obtener utilizando un altavoz de rango completo, como 4GD4, 4GD7 o 4GD28, o dividiendo el rango de frecuencia completo correspondiente a esta clase en dos bandas. Para garantizar la reproducción del sonido con una calidad de la clase "más alta", es necesario dividir el rango completo en tres bandas. El rango de frecuencia nominal de un altavoz destinado a reproducir una determinada banda debe ser dos octavas más ancha que esta banda cuando se utilizan filtros con una pendiente de 6 dB/octava y una octava cuando se utilizan filtros con una pendiente de 12 dB/octava. La frecuencia de cruce de un sistema de dos vías generalmente se elige entre 400 y 1 Hz. En un sistema de tres vías, el enlace de baja frecuencia puede operar hasta 200-300 Hz, el enlace de frecuencia media hasta 600-2 Hz. Cerca de la frecuencia de cruce, a menudo se produce una distorsión significativa debido a la interacción de los altavoces. Si las distancias desde cada uno de los altavoces al oyente son desiguales, entonces la respuesta de frecuencia del sistema puede tener una irregularidad significativa, determinada por las relaciones de fase de las señales entrantes. Filtros separadores. La forma más sencilla de conectar un tweeter es a través de un condensador que protege al tweeter de sobrecargas a bajas frecuencias. Esta inclusión se utiliza cuando el altavoz principal no tiene un rango de frecuencia suficientemente amplio. La capacitancia del capacitor se calcula mediante la fórmula
donde fP es la frecuencia de cruce, Hz; RP: impedancia del altavoz a la frecuencia fР, Ohm. Con un filtro correctamente construido, cada altavoz debe funcionar solo en el rango de frecuencia para el que está diseñado. La pérdida del filtro en la banda de paso debe ser lo más baja posible. La inductancia y la capacitancia del filtro en diferentes pendientes de corte, que se define como el cambio en la atenuación con un cambio en la frecuencia por octava, se calculan utilizando las siguientes fórmulas.
Para una pendiente de 6 dB/octava (filtro en diagrama en la fig. 4-26) Para una pendiente de 12dB/octava (filtre como se muestra en la Figura 4-27)
En las fórmulas (4-11) y (4-12), las inductancias tienen la dimensión de milihenrios y las capacitancias, microfaradios.
Con base en el cálculo, se seleccionan los capacitores con las capacitancias estándar nominales grandes más cercanas. Para seleccionar la capacitancia, es posible conectar varios capacitores en paralelo. Obviamente, si la capacitancia del capacitor se desvía del valor obtenido por el cálculo, la frecuencia de separación diferirá de la especificada.
Si el filtro necesita capacidades del orden de decenas de microfaradios y superiores, entonces, para reducir sus dimensiones, es recomendable utilizar condensadores electrolíticos. Dado que estos últimos son polares y funcionarán en un circuito de corriente alterna, en cada sección del filtro será necesario usar dos condensadores espalda con espalda, cada uno de los cuales debe tener una capacidad lo más cercana posible a la obtenida por cálculo . En las secciones del filtro de cruce de un amplificador de transistor sin transformador, se puede usar un capacitor electrolítico, observando la polaridad correcta de su inclusión. El filtro para la unidad acústica de tres vías (Figura 4-28) es una combinación de los dos filtros discutidos anteriormente. El primero separa la región de baja frecuencia de la región de frecuencia media; este último se divide luego por el segundo filtro. Ambos filtros no tienen que tener la misma pendiente de corte; solo deben calcularse para una resistencia.
El método para calcular los filtros de cruce se basa en la suposición de igualdad y la naturaleza activa de los altavoces en las bandas separadas. Dado que la impedancia del altavoz en la frecuencia de cruce puede tener un componente inductivo significativo, para evitar la distorsión de la frecuencia en la región de superposición, se debe tener en cuenta la inductancia de los altavoces de frecuencia media y baja cuando se calcula como parte del filtro. es decir, haga una bobina de filtro conectada en serie con el altavoz con una inductancia menor que la calculada en la inductancia del altavoz. Si las impedancias de los altavoces en los enlaces de un sistema multibanda no son iguales, entonces debe intentar seleccionar impedancias iguales de los enlaces mediante una conexión grupal (una conexión en serie de altavoces de alta frecuencia es aceptable). La conexión en paralelo de dos o tres tweeters permite usarlos en combinación con casi cualquier woofer. Una posible discrepancia en los valores de las impedancias de los enlaces del sistema acústico puede eliminarse aumentando la impedancia de entrada del enlace de alta frecuencia utilizando un divisor de voltaje hecho de resistencias. Si se utilizan varios altavoces de alta frecuencia en un sistema de dos o tres enlaces (por ejemplo, 1GD-3), entonces deben colocarse en una caja de manera que el ángulo entre sus ejes en el plano horizontal sea de aproximadamente 20-30. °. Si en un sistema de reproducción de sonido multibanda solo se utiliza un tweeter, que tiene una impedancia mayor que la del woofer, para igualar la resistencia de carga del filtro de cruce en la región de los agudos, el tweeter debe derivarse con un resistencia de la resistencia apropiada. Sistemas de altavoces estéreo Los altavoces de un sistema estéreo de dos canales deben ser estrictamente idénticos. Deben colocarse de acuerdo con la Fig. 4-29, donde está sombreada la zona de efecto estereofónico óptimo.
La orientación de los altavoces depende de sus características de directividad y debe determinarse experimentalmente. Los ejes de los altavoces no deben cruzarse en el área de escucha. Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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Comentarios sobre el artículo: Anatoly Un artículo muy útil para el diseño de altavoces reales. Evgeny Artículo instructivo y útil. Mucho está claro. ¡Gracias al autor! Dmitry Cuando yo era pequeño, ya era un libro muy antiguo. Gracias de todos modos, sonrió. Igor ¡Excelente! ¡Seguid así! invitado El clásico nunca pasa de moda. Gracias por la colección.
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