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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Di' una buona parola sul povero cigolante. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / relatori Tradizionalmente, la separazione delle bande dei medi e degli alti (o dei medi-bassi) viene effettuata mediante crossover passivi (filtri di separazione). Ciò è particolarmente utile quando si utilizzano kit di componenti già pronti. Tuttavia, sebbene le caratteristiche dei crossover siano ottimizzate per un determinato set, non sempre soddisfano il compito. Un aumento dell'induttanza della bobina mobile con la frequenza porta ad un aumento dell'impedenza della testa. Inoltre, questa induttanza per i mediobassi “medi” è 0,3-0,5 mH, e già a frequenze di 2-3 kHz l'impedenza quasi raddoppia. Pertanto, quando si calcolano i crossover passivi, vengono utilizzati due approcci: si utilizza nei calcoli il valore reale dell'impedenza alla frequenza di crossover o si introducono circuiti di stabilizzazione dell'impedenza (compensatori Zobel). Molto è già stato scritto a riguardo, quindi non lo ripeteremo. Gli squeaker di solito non hanno catene stabilizzatrici. In questo caso, si presuppone che la banda di frequenza operativa sia piccola (da due a tre ottave) e che l'induttanza sia insignificante (di solito inferiore a 0,1 mH). Di conseguenza, l'aumento dell'impedenza è piccolo. In casi estremi, l'aumento dell'impedenza viene compensato da una resistenza da 5-10 Ohm collegata in parallelo al tweeter. Tuttavia, tutto non è così semplice come sembra a prima vista, e anche un'induttanza così modesta porta a conseguenze interessanti. Il problema è che i tweeter funzionano insieme al filtro passa-alto. Indipendentemente dall'ordine, contiene una capacità collegata in serie al tweeter e forma un circuito oscillatorio con l'induttanza della bobina mobile. La frequenza di risonanza del circuito risulta essere nella banda di frequenza operativa del tweeter e nella risposta in frequenza appare una "gobba", la cui entità dipende dal fattore di qualità di questo circuito. Di conseguenza, la colorazione del suono è inevitabile. Recentemente sono comparsi molti modelli di tweeter ad alta sensibilità (92 dB e superiore), la cui induttanza raggiunge 0,25 mH. Pertanto, la questione dell'abbinamento di un tweeter con un crossover passivo diventa particolarmente acuta. Per l'analisi è stato utilizzato l'ambiente di simulazione Micro-Cap 6.0, ma gli stessi risultati possono essere ottenuti utilizzando altri programmi (Electronic WorkBench, ad esempio). A titolo esemplificativo vengono riportati solo i casi più tipici, le restanti raccomandazioni sono riportate alla fine dell'articolo sotto forma di conclusioni. I calcoli hanno utilizzato un modello semplificato del tweeter, tenendo conto solo della sua induttanza e della resistenza attiva. Questa semplificazione è abbastanza accettabile, poiché il picco dell'impedenza di risonanza della maggior parte dei tweeter moderni è piccolo e la frequenza di risonanza meccanica del sistema in movimento è al di fuori della banda di frequenza operativa. Teniamo anche presente che la risposta in frequenza della pressione sonora e la risposta in frequenza della tensione elettrica sono due grandi differenze, come dicono a Odessa. L'interazione del tweeter con il crossover è particolarmente evidente nei filtri del primo ordine, tipici dei modelli economici (Figura 1):
Si può vedere che anche con un'induttanza di 0,1 mH si verifica un picco pronunciato nell'intervallo di frequenza di 7-10 kHz, conferendo al suono una caratteristica colorazione “cristallina”. Aumentando l'induttanza si sposta il picco di risonanza verso frequenze più basse e si aumenta il suo fattore di qualità, il che porta ad un notevole “ping”. Un effetto collaterale dell'aumento del fattore di qualità, che può essere vantaggioso, è un aumento della pendenza della risposta in frequenza. Nella regione della frequenza di crossover, è vicino ai filtri del 2° ordine, anche se a grande distanza ritorna al valore originale del 1° ordine (6 dB/ottava). L'introduzione di un resistore di shunt permette di “domare” la gobba sulla risposta in frequenza, in modo da poter assegnare al crossover alcune funzioni dell'equalizzatore. Se lo shunt viene realizzato sulla base di un resistore variabile (o di un set di resistori con un interruttore), è possibile anche regolare rapidamente la risposta in frequenza entro 6-10 dB. (Figura 2):
Tuttavia, i filtri del primo ordine forniscono un'attenuazione troppo piccola al di fuori della banda operativa, quindi sono adatti solo per una bassa potenza di ingresso o una frequenza di crossover sufficientemente elevata (7-10 kHz). Pertanto, nei progetti più seri, vengono utilizzati filtri di ordine superiore, dal secondo al quarto. Consideriamo le possibilità di influenzare la risposta in frequenza per i filtri del secondo ordine, come le più comuni. Per chiarezza, viene utilizzato un modello con alta induttanza. Con i tweeter tradizionali si ottengono gli stessi risultati, saranno diversi solo i parametri del filtro e il grado di influenza sulla risposta in frequenza. Per i tweeter a bassa induttanza non è necessario uno shunt. Il primo metodo consiste nel modificare il fattore di qualità del filtro a una frequenza di crossover costante dovuta al rapporto tra capacità e induttanza del filtro (Figura 3):
Modificare contemporaneamente capacità e induttanza in un crossover è difficile, quindi questo metodo è scomodo per la regolazione operativa. Tuttavia, è indispensabile nei casi in cui il grado di correzione richiesto è noto in anticipo, in fase di progettazione. Il secondo metodo consiste nel regolare il fattore di qualità utilizzando uno shunt (simile al metodo discusso in precedenza per un filtro del primo ordine). Il fattore di qualità iniziale del filtro separatore è selezionato alto (Figura 4):
Il terzo metodo consiste nell'introdurre un resistore in serie al tweeter. Questo metodo è particolarmente conveniente per i tweeter con induttanza superiore a 100 mH. In questo caso, l'impedenza totale del circuito “resistore-tweeter” cambia leggermente durante il processo di regolazione, quindi il livello del segnale praticamente non cambia (Figura 5):
risultati
I metodi proposti per regolare la risposta in frequenza sono applicabili anche ai filtri di ordine superiore, ma poiché il numero di "gradi di libertà" aumenta, in questo caso è difficile fornire raccomandazioni specifiche. Un esempio di modifica della risposta in frequenza di un filtro del terzo ordine a causa di un resistore di shunt è mostrato nella Figura 6:
Si può vedere che la risposta in frequenza assume un aspetto diverso, che influenza in modo significativo il timbro del suono. A proposito, circa 20 anni fa, molti altoparlanti “domestici” a tre o quattro vie avevano una risposta in frequenza commutabile “normale/cristallo/chirp” (“smooth-crystal-chirp”). Ciò è stato ottenuto modificando il livello delle bande di frequenza media e alta. Gli attenuatori commutabili sono utilizzati in molti crossover e, in relazione al tweeter, possono essere considerati una combinazione di circuiti stabilizzatori in serie e in parallelo. Il loro impatto sulla risposta in frequenza risultante è abbastanza difficile da prevedere; in questo caso è più conveniente ricorrere alla modellazione.
La Figura 7 mostra il diagramma e la risposta in frequenza di un filtro del terzo ordine sviluppato dall'autore per i tweeter Prology RX-20 e EX-20. Il progetto utilizza condensatori K73-17 (2,2 µF, 63 V) e induttori fatti in casa. Per ridurre la resistenza attiva, sono avvolti su anelli di ferrite. Il tipo di nucleo è sconosciuto: diametro esterno 15 mm, permeabilità magnetica dell'ordine di 1000-2000. Pertanto, la regolazione dell'induttanza è stata effettuata utilizzando il dispositivo F-4320. Ogni bobina contiene 13 spire di filo isolato con un diametro di 1 mm. La qualità del suono si è rivelata molto superiore a quella originale e la regolazione della risposta in frequenza era pienamente coerente con il compito. Tuttavia, va notato che il filtro si è rivelato problematico: l'impedenza di ingresso ha un minimo pronunciato e la protezione dell'amplificatore potrebbe essere attivata. Autore: A. Shikhatov
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