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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Altoparlante a tre vie con bass reflex. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / relatori L'autore è impegnato professionalmente da molti anni nella progettazione e produzione di sistemi acustici esclusivi. In questo articolo parla della progettazione di un set di altoparlanti stereo a tre vie, dove sono installate testine dinamiche di alta qualità di noti produttori stranieri. Il crossover utilizza anche componenti di alta qualità che migliorano la fedeltà delle registrazioni musicali di vari generi. Questo sistema acustico è stato uno degli oggetti esposti alla fiera Russian Hi-End 2015, dove ha suscitato l'interesse di molti visitatori e ha ottenuto ottimi voti da specialisti e dilettanti durante le sessioni di ascolto demo. Il progetto di questo sistema acustico (AS) è iniziato molto tempo fa, ma la prima coppia è stata completata solo alla 15a mostra "Russian Hi-End" nel novembre 2015. Recentemente, la seconda coppia è stata realizzata con piccole modifiche: il corpo è stato semplificato e il crossover è stato leggermente modificato in base ai risultati dell'ascolto e delle misurazioni. Gli altoparlanti utilizzano driver dinamici: Morel ET338-104 ad alta frequenza [1], Scan-Speak 15M/ 4531K00 a media frequenza [2] e SEAS H1215 a bassa frequenza [3]. La testa HF di un'azienda israeliana con cupola morbida si distingue per un sistema magnetico molto potente e una bassa distorsione non lineare. Nonostante la presenza di fluido magnetico nell'intercapedine, ha un suono dinamico e trasmette bene il suono degli ottoni e degli strumenti a percussione. La testata midrange con un diametro di 15 cm dell'azienda danese Scan-Speak della serie Reve-lator è diventata una delle migliori tra le teste midrange di tutti i produttori. Il suo sistema di movimento ha un'ampia corsa lineare (specifica per la testata del midrange) e consente una frequenza di crossover relativamente bassa. Le distorsioni non lineari nella banda di frequenza operativa sono molto piccole: il sistema magnetico è dotato di due anelli di rame linearizzanti. Il diffusore in carta presenta tagli speciali che forniscono una risposta in frequenza più fluida alla fine della modalità pistone. Le testine LF con un diametro di 18 cm (6,5 pollici) dell'azienda norvegese SEAS sono normali con un diffusore di carta impregnato all'esterno. L'impregnazione garantisce un declino graduale della risposta in frequenza al di sopra della banda di frequenza operativa. Ogni altoparlante ha due testine installate in un volume totale. Design acustico - con bass reflex (FI). Le due teste da 6,5 pollici hanno un'area del cono leggermente più grande di una testa da otto pollici. Inoltre, nell'H1215, la regione della modalità pistone si estende fino a una frequenza di 800 Hz, e nella testa da 8 pollici della stessa azienda, la modalità pistone termina a frequenze superiori a 600 Hz. H1215 ha il parametro di accelerazione Bl/Mms = 496, e per una testa da otto pollici solitamente non supera 350. Il volume richiesto per le testine a bassa frequenza e la frequenza di sintonizzazione FI può essere stimato nel programma Exel (freeware) Unibox (autore - danese Kristian Kougaard), inclusi i parametri della testina dall'elenco delle caratteristiche (scheda tecnica). Questo programma semplice e conveniente ti consente di prendere in considerazione molti parametri della testa, varie configurazioni e calcolare vari progetti. Durante il calcolo, è necessario tenere conto della resistenza attiva stimata della bobina del filtro passa-basso. Per due H1215 collegati in parallelo, i calcoli mostrano un volume ottimale di circa 32 litri e con un diametro del tubo bass reflex di 66 e una lunghezza di 116 mm, la frequenza di sintonizzazione FI è di circa 43 Hz. Queste dimensioni corrispondono alle dimensioni del bass reflex AH-4 finito di fabbricazione cinese. Successivamente il tubo FI è stato tagliato ad una lunghezza di 100 mm. La frequenza di sintonizzazione effettiva è diventata di circa 44 Hz. Nel prototipo, le teste LF erano installate ciascuna nel proprio vano, il che ha permesso di effettuare correttamente le misurazioni. I disegni del corpo e delle sue parti (telaio per tessuto - griglia) sono mostrati in Fig. 1 e 2.
Il corpo è realizzato in materiale MDF (a volte viene utilizzato MDF translit, una frazione fine del legno). Il pannello frontale e la base hanno spessore 25 mm, i restanti pannelli hanno spessore 16 e 20 mm. Il corpo è rifinito in impiallacciatura ed è fissato ad una base rimovibile verniciata di nero. Si consiglia di installare i diffusori su picchetti, per i quali alla base sono previste boccole filettate in acciaio. Quando un sistema acustico viene progettato da zero, potrebbero essere necessarie delle casse mock-up per testare il progetto, ma in questo caso (per la mostra) si è deciso di ordinare immediatamente una cassa impiallacciata finita. La partizione inclinata tra i compartimenti dei medi e dei bassi nell'AC è realizzata per sopprimere parzialmente l'onda stazionaria verticale nell'alloggiamento e per ridurre il volume del compartimento dei medi. Con una partizione orizzontale, questo vano si è rivelato troppo grande e per ottenere il volume richiesto del vano woofer è stato necessario aumentare l'altezza totale dell'altoparlante, che era già più di un metro (1052 mm senza punte) . Il compartimento dei medi è riempito per oltre il 50% con imbottitura in poliestere, ma lo spazio attorno alla testa dei medi è privo di imbottitura in poliestere. Non è possibile calcolare correttamente il filtro di un sistema acustico senza misurare la risposta in frequenza della pressione sonora e dell'impedenza di ciascuna testina installata nell'involucro. Per le misurazioni acustiche è necessario un complesso di misurazione. Nella sua forma più semplice si tratta di un microfono, di una scheda audio per computer e di un programma per computer per calcoli elettroacustici. Utilizzo il sistema di misurazione LMS dell'azienda americana LINEARX. Non è attualmente disponibile, ma è molto comodo per le misurazioni e consente di misurare la risposta in frequenza in una stanza non preparata. Il complesso comprende un microfono, una scheda computer e un software. Esistono altri strumenti di misura, ad esempio Clio dell'azienda italiana Audiomatica SRL o MLSSA, ma per le misurazioni amatoriali tali sistemi sono molto costosi. Uno strumento più semplice è il programma LoudSpeaker LAB 3 dalla Svezia, ma non è gratuito. Il programma consente di utilizzare la scheda audio del computer con un microfono adatto a questi scopi. Una soluzione completa e relativamente economica è ATB PC PRO dell'azienda tedesca Kirchner. Nonostante la sua implementazione un po' primitiva, questo programma per computer consente misurazioni sufficienti per produrre altoparlanti di alta qualità. Nella fig. La Figura 3 mostra la risposta in frequenza delle testine dinamiche misurata dalla pressione sonora, e la Fig. 4 - caratteristiche della loro impedenza. Le risposte in frequenza sono state misurate da una distanza di 0,5 m lungo l'asse di radiazione delle teste corrispondenti. La linea tratteggiata è per la testata HF, la linea tratteggiata è per la testata midrange, la linea continua è per la testata LF.
La risposta alla pressione sonora è attenuata per facilità d'uso. Il sistema non è tarato per misurare il valore assoluto della pressione sonora, quindi i grafici non corrispondono alla sensibilità dichiarata delle testine. Il livello del segnale viene selezionato in base alla comodità delle misurazioni in modo che il rumore del sistema non interferisca e non vi siano grandi distorsioni. Dopo le misurazioni, i grafici vengono esportati in un programma di simulazione, che consente di simulare la risposta in frequenza e altri parametri del sistema tenendo conto del filtro. Il programma consente inoltre di calcolare gli elementi del filtro crossover e ottimizzare la risposta in frequenza. Utilizzo LspCAD 5.25 di Ingemar Johansson. È abbastanza potente, ma non molto difficile da padroneggiare. Esiste una versione successiva, ma non è abbastanza conveniente. Esiste anche un programma LEAP molto potente della stessa LINEARX che ha prodotto LMS. È più avanzato, ma difficile da usare. Il risultato della simulazione finale è mostrato in Fig. 5. Il grafico in alto rappresenta la risposta in frequenza totale sull'asse della testa HF all'infinito (linea spessa) e la risposta in frequenza delle testine con i propri filtri (linee sottili). La risposta in frequenza non può essere definita regolare, ma questo non è fondamentale, poiché il simulatore mostra una risposta in frequenza più uniforme sull'asse di 5 gradi. sopra l'asse della testa HF. Il grafico inferiore mostra le caratteristiche di impedenza degli altoparlanti e delle testine con i relativi filtri.
Il circuito del filtro crossover per un canale dell'altoparlante è mostrato in fig. 6.
Il crossover passa basso utilizza un filtro del primo ordine (induttore L4). Anche la banda dei medi viene tagliata in alto e in basso da un filtro del primo ordine (C2 e L2). Alla banda HF viene applicato un filtro del secondo ordine (dL1). Gli ordini di decadimento acustico ed elettrico dei filtri solitamente non coincidono, poiché nella banda di arresto del filtro la risposta in frequenza delle testine presenta le proprie irregolarità. Pertanto, i diminuzioni reali vicino alle frequenze di crossover nelle bande LF sono vicine alla prima, nelle bande di frequenza media sopra e HF - più vicine alla terza a causa delle diminuzioni proprie delle testine nella risposta in frequenza, che si aggiungono al calo fornito dal filtro elettrico. Nel sistema di altoparlanti, tutte le testine sono collegate in fase. In genere, le testate dei bassi non possono essere miscelate con un filtro del primo ordine senza inversione di polarità: il secondo ordine viene utilizzato più spesso. In questo caso ciò è stato ottenuto a scapito di una maggiore irregolarità della risposta in frequenza totale. Un ordine di filtro basso significa aree della testa più ampie e modelli di lobi sul piano verticale con lobi centrali stretti. Ma gli altoparlanti con filtri di ordine basso suonano più naturali, coesi e vivaci. Il circuito R6C5 insieme alla bobina L4 forma un filtro a spina che elimina un piccolo aumento nella risposta in frequenza delle teste dei bassi, che è udibile a meno che non vengano prese misure speciali. Allo stesso tempo, questo circuito riduce leggermente la pendenza della risposta in frequenza al di sopra della frequenza di crossover, pertanto, per compensare questa diminuzione della pendenza, viene introdotto il circuito R7C6. Il circuito L5C7 (come notch) elimina l'aumento dell'impedenza dei bassi a frequenze intorno a 75 Hz. Ciò è necessario per eliminare il picco nella risposta in frequenza dell'altoparlante, che maschera i bassi più bassi. Questo fenomeno è chiamato “pompaggio”, un termine coniato da S. D. Bathem. La maggior parte dei produttori di altoparlanti non tiene conto di questo fenomeno, sebbene esistano progetti di altoparlanti che utilizzano un circuito di equalizzazione dell'impedenza simile. Il crossover utilizza condensatori in polipropilene, C1 e C2 sono Mundorf Supreme (costosi, neri - vedi foto sotto). Il prezzo dei condensatori C2, C3 (assemblaggio di quattro pezzi) è paragonabile al prezzo della testata del midrange, ma su un buon percorso è evidente la differenza nel suono degli altoparlanti con tali condensatori. Per risparmiare denaro, può essere sostituito con un altro: Mundorf MSar (bianco). Puoi usare la parte Supreme e la parte MCap (come C4). Il condensatore C7 è un ossido non polare (Mundorf bipolare). Le bobine sono normali dal filo di avvolgimento, ad eccezione di L2 (Mundorf CFC16), che viene avvolto con avvolgimento a nastro (filo JBSPL. Diametri del filo per bobine L1 e L3 (Mundorf L100) - 1 mm, per L4 (Mundorf L140) - 1,4 mm , per L5 (Mundorf L71) - 0,71 mm (resistenza circa 4,5 Ohm). La bobina L5 può trovarsi su un nucleo ferromagnetico e la sua resistenza può differire, in questo caso la somma della resistenza della bobina L5 e di un resistore aggiuntivo (non mostrato nel diagramma) dovrebbe essere approssimativamente uguale a 4,5 Ohm. I resistori nel crossover sono di ossido di metallo (Mundorf MResist MOX). Nella fotofig. 7 il crossover è mostrato assemblato. Le parti vengono montate sui terminali mediante montaggio a cerniera e fissate con adesivo hot melt su un pannello in MDF, compensato o altro materiale con uno spessore di 3...6 mm. I filtri sono montati su due pannelli: insieme per le frequenze medio-alte e separatamente per le frequenze basse. Il pannello del filtro passa-basso è fissato alla parete laterale degli altoparlanti nel vano inferiore delle testine delle basse frequenze, mentre il pannello del filtro per le testine dei medi e degli alti è fissato alla parete laterale nel vano superiore delle testine delle basse frequenze. . I fori attraverso i quali passano i fili dai filtri alle testine delle medie e alte frequenze devono essere sigillati con plastilina.
Vediamo quale reale impedenza e risposta in frequenza fornisce questo crossover. Nella fig. La Figura 8 mostra la risposta in frequenza degli altoparlanti in una stanza, presa da una distanza di 1 m lungo l'asse della testata HF. Si può vedere che è simile al prodotto della simulazione (vedere Fig. 4), ma si è rivelato più fluido di quanto previsto dal simulatore. Ciò accade spesso perché le teste dinamiche sono considerate fase minima per impostazione predefinita durante la modellazione e la misurazione, ma in realtà, al di fuori della modalità pistone, ciò potrebbe non essere vero.
Pertanto non sarà possibile simulare immediatamente il filtro “corretto”. Sono necessarie modifiche ai filtri, misurazioni e ascolti aggiuntivi. In realtà, la risposta in frequenza (attenuata a un terzo di ottava) rientra in una deviazione di ±3 dB, se non si presta attenzione alla risposta in frequenza sotto i 300 Hz, dove la stanza ha un effetto notevole. In particolare, a causa dell'interferenza dei segnali diretti dagli altoparlanti e dei segnali riflessi dal pavimento, sul microfono si registra una diminuzione della risposta in frequenza nell'ordine di circa 200 Hz. Quando ci si allontana dall'altoparlante, questo effetto viene livellato. I massimi locali alle frequenze di 34 e 60 Hz sono causati dalle onde stazionarie percepite dal microfono in un dato punto (a 34 Hz - tra le pareti, a 60 Hz - tra il pavimento e il soffitto). Il massimo nella regione dei 140 Hz è dovuto alla riflessione dei mobili vicini. Considerando il leggero livellamento delle caratteristiche, il risultato è abbastanza decente. Nella fig. La Figura 9 mostra la risposta in frequenza dell'impedenza dell'altoparlante. Praticamente coincide con quello calcolato in fase di modellazione. Un piccolo picco a 180 Hz è un'onda stazionaria verticale non soppressa nel compartimento delle basse frequenze. I segni di 100 Hz e 1 kHz sono generati dal software, non sono presenti nella realtà.
Si può vedere che l'impedenza nella gamma di frequenza di lavoro non scende al di sotto di 3,3 Ohm e non supera i 7,2 Ohm (ad eccezione della gobba a bassa frequenza del bass reflex). Il sistema può essere considerato nominalmente quattro ohm e può essere utilizzato con un amplificatore a valvole, poiché ha un'impedenza abbastanza uniforme e una sensibilità abbastanza elevata. Specifiche degli altoparlanti
Nella fotofig. La Figura 10 mostra il primo set di altoparlanti stereo (involucri lungo i bordi del supporto), prodotto e presentato alla fiera Russian Hi-End nel 2015. Secondo molti visitatori, con il costo medio dei componenti e della produzione, la qualità della finitura di i cabinet sono piuttosto alti, e il suono degli altoparlanti è considerato equilibrato e naturale in molti generi musicali, anche se, bisogna ammetterlo, l'autore non aveva fonogrammi di "heavy metal" o "rock" lì...
Nota. C'è un errore di battitura nel circuito del filtro. R6 non è 2.2 Ohm, ma 22. Per Vladimir: la bobina L3 è avvolta con filo da 1 mm. Tutte le bobine Mundorf. La resistenza totale di R5L3 è di circa tre ohm. Letteratura
Autore: G. Krylov
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