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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Subwoofer per auto. Parte 3. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / relatori Suono alla fine del tunnel "Volodya, sarai al magazzino - prendi le porte per i fazik ..." (sentito per caso in uno degli studi di installazione di Mosca) (Quando AvtoZvuk era ancora piccolo e sedeva sotto l'ala del Salon AV, furono pubblicate le prime due parti della trilogia sui subwoofer - circa cosa aspettarsi da diversi tipi di progettazione acustica e come scegliere altoparlante a scatola chiusa. Una parte significativa di coloro che, pensando alla vita, hanno deciso di trattare con comprensione l'armamento dei bassi della propria auto, questo, in linea di principio, potrebbe già farlo. Ma non tutto. Poiché esiste almeno un altro tipo estremamente popolare di design acustico, che non è inferiore in prevalenza a una scatola chiusa. (Un invertitore di fase nella letteratura domestica, bass reflex, scatola con porte, scatola ventilata - in inglese - tutto questo, infatti, è una solida implementazione ingegneristica dell'idea di un risonatore di Helmholtz. L'idea è semplice: un volume chiuso è collegato allo spazio circostante mediante un foro contenente una certa massa d'aria, ecco l'esistenza di questa massa, quella stessa colonna d'aria che, secondo Ostap Bender, mette sotto pressione qualsiasi lavoratore e fa miracoli quando il risonatore di Helmholtz è assunto per lavorare come parte di un subwoofer. Qui, una cosa complicata che prende il nome da un fisico tedesco acquisisce il nome prosaico di un tunnel (in porto borghese o sfogo). Come funziona un invertitore di fase? Perché la presenza di un foro ben fatto di una certa dimensione nella cassa dell'altoparlante influisce notevolmente sul lavoro dell'intero ensemble? Come già accennato, di passaggio, nelle parti precedenti di questa tela epica, il tunnel dell'invertitore di fase serve a ritardare l'onda sonora che si verifica all'interno della cassa dell'altoparlante per un tempo strettamente definito e rilasciarla verso l'esterno nella stessa fase dell'altoparlante creato da il lato "anteriore". Qui, in natura, combineranno i loro decibel e colpiranno le orecchie (con il giusto calcolo) in modo che non sembri abbastanza. Ecco perché, infatti, amano l'invertitore di fase, per la maggiore efficienza rispetto a una scatola chiusa. Ma non solo. La forza bruta non è un argomento se non è supportata dalla fedeltà del segnale. Qui intendiamo un'altra caratteristica molto meno banale dell'invertitore di fase: la sua capacità di produrre la pressione sonora richiesta con un'ampiezza significativamente inferiore delle oscillazioni del diffusore. Questo suona in qualche modo paradossale. Tutti sanno che è la presenza dietro il diffusore di un volume chiuso che trattiene le vibrazioni del diffusore, quindi perché sono improvvisamente più piccole in un case "che perde"? E a causa della massa, come si diceva. Ecco perché il foro nell'alloggiamento dell'invertitore di fase è realizzato come un tunnel piuttosto lungo, un tubo, in altre parole, per mantenere una certa massa d'aria all'interno. A frequenze relativamente elevate, superiori a 200 Hz, l'inerzia della massa d'aria nel tunnel lo rende acusticamente completamente opaco. È come se fosse completamente bloccato.
Di frequenza più bassa, la camera di equilibrio nel tunnel comincia a prendere vita ea muoversi, mentre la pressione che pulsa all'interno della scatola la spinge da dietro. L'inerzia della massa d'aria porta al fatto che non si muove nel tempo con l'onda che agisce su di essa, ma con qualche spostamento. Questo spostamento raggiunge i 180 gradi in fase, cioè inizia a essere sfasato rispetto all'onda sonora emanata dalla parte posteriore del diffusore a una certa frequenza, chiamata frequenza di sintonizzazione bass reflex.
Qui quasi tutti gli sforzi dell'altoparlante vanno a far oscillare l'intrattabile massa d'aria all'interno del tunnel, in modo che non rimanga quasi nulla per le oscillazioni naturali e l'ampiezza dell'oscillazione del diffusore sia minima. (E il suono sta arrivando, e che suono è! È solo che a questa frequenza, quasi tutto proviene dal tunnel). E siccome sono proprio le ampie ampiezze delle oscillazioni del cono a dare luogo a distorsioni avvertibili all'orecchio, la situazione dal punto di vista sonoro è delle più favorevoli. Ancora più in basso in frequenza, le cose però cominciano a cambiare in peggio: per oscillazioni molto lente a bassa frequenza, la massa d'aria nel tunnel non è più inerzia, e la parte posteriore del diffusore la pompa avanti e indietro come un pompa.
In questo caso, si verifica una situazione come se l'altoparlante non fosse affatto installato nella custodia, ovvero le onde dal retro del diffusore e dalla parte anteriore si incontrano in antifase e si mangiano ampiamente a vicenda, come in un normale corto acustico circuito. Pertanto, al di sotto della frequenza di sintonia, l'uscita dell'invertitore di fase scende due volte più velocemente di quella di una scatola chiusa. La cosa peggiore, tuttavia, è qualcos'altro: il diffusore non rallenta più nulla e l'ampiezza delle sue oscillazioni a frequenze molto basse inizia a crescere in modo semplicemente catastrofico. I filtri subsonici che si trovano su alcuni crossover e amplificatori, solitamente purosangue, sono realizzati quasi esclusivamente per contrastare questa cattiva abitudine del bass reflex. Quindi, cosa otterremo esattamente scegliendo un inverter di fase come design acustico per il nostro progetto? ((Voglio avvertirti subito: il calcolo di un inverter di fase senza programmi per computer destinati a questo è possibile e ci sono formule di calcolo e nomogrammi per questo. Tuttavia, alle soglie del terzo millennio, non posso qualificare tali metodi altrimenti che come masochismo. Ecco una foto che spiega (quasi) tutto. Viene preso un altoparlante da 10 pollici, adatto per l'installazione in un invertitore di fase nei suoi parametri, e le caratteristiche che si otterranno quando sarà installato in un invertitore di fase ottimale per esso (20 l, sintonizzato su 42 Hz) e un vengono simulate scatole chiuse dello stesso volume.
La parte superiore delle due curve nere, ovviamente, è nostra. Rispetto a una scatola chiusa, su tutta la banda di frequenza al di sotto di circa 150 Hz, l'uscita è sostanzialmente più alta. Cosa significa "essenzialmente"? Dai un'occhiata: a una frequenza, diciamo, di 60 Hz, la differenza è di circa 4 dB. E questo equivale ad aumentare la potenza dell'amplificatore di 2,5 volte. Cioè, con un modesto amplificatore da 100 watt, un subwoofer del genere suonerà come se vi fossero collegati 250 watt. Per gli stessi soldi. Ma dalle curve rosse che descrivono la dipendenza dell'ampiezza delle oscillazioni del diffusore dalla frequenza, la nostra è quella inferiore. Proprio dove si concentra la maggior parte dell'energia dei bassi - sotto i 100 Hz - l'ampiezza inizia a calare e rimane molto più bassa che in una cassa chiusa, anche se la pressione sonora generata è doppia! In una scatola chiusa, l'ampiezza di oscillazione cresce costantemente e, quando viene applicata la potenza specificata come massima, va oltre l'intervallo operativo (linea tratteggiata rossa) già a 70 Hz, e al di sotto è generalmente un disastro. È lì che verranno generati tali rantoli familiari che accompagnano le note di basso. All'invertitore di fase, la grazia con le ampiezze continua fino a circa 30 Hz, e lì l'ampiezza inizia a crescere instancabilmente. Tuttavia, non c'è già quasi alcun suono lì, quindi ha senso "strangolare" questa parte dello spettro con un filtro subtono (se presente) e godere dell'efficienza dell'impatto con un minimo di distorsione nella gamma veramente audio. "Grande!" - esclamerà un lettore impaziente e affamato di decibel, chiudendo queste pagine e andando subito a riparare i buchi nel proprio subwoofer. Compagno, fermati! Guarda cosa può succedere dopo. Lascia che, lasciando tutto invariato, estraiamo il vecchio altoparlante dalla nostra scatola da 20 litri e ne installiamo un altro, progettato per funzionare in una custodia chiusa.
La sua caratteristica in una scatola nativa chiusa per lui - quella in basso sul grafico - era molto bella. E dopo essere stato convertito in un invertitore di fase, diventerà come quello superiore, cioè darà uno "schiaffo" pronunciato tra 50 e 100 Hz. È stato come risultato della creazione di tali combinazioni che gli invertitori di fase hanno ricevuto un tempo il soprannome offensivo boom-box ("alcol"), successivamente utilizzato, questa volta giustamente, per una sorta di radio portatile. Qual era la differenza tra i due diffusori? In due parametri che dovrebbero essere in una certa armonia per un dato design acustico, altrimenti - lascia speranza a tutti coloro che suonano qui, per così dire. Questi parametri sono la frequenza di risonanza Fs e il fattore di qualità totale Qts. Per l '"altoparlante chiuso" erano Fs = 25 Hz, Qts = 0,4. E per "l'invertitore di fase" - 30 Hz e 0,3. Sembra che la differenza non sia così grande, ma i risultati sono significativamente diversi. Fs / Qts mostra immediatamente chi è chi: il suo valore per il primo oratore è 62,5 e per il secondo - 100. La regola è semplice - se Fs / Qts è notevolmente inferiore a 100 - dimentica la parola "invertitore di fase". Se vicino o più - ricorda ancora, e dimentica la scatola chiusa.Intorno a 90 - 100 - "zona crepuscolare", dove, con certe concessioni, puoi usare l'uno e l'altro. Ma cosa succederà se insisti da solo e spingi l'altoparlante in un design insolito? Proviamo, purché il dramma si svolga su carta e sullo schermo di un computer, cioè "con poco sangue, in territorio straniero". Per cominciare, mettiamo "l'altoparlante dell'invertitore di fase" in una scatola chiusa e proviamo a variare con l'unico parametro che abbiamo: il volume di questa scatola.
Ci sono tre curve sul grafico. Il più piatto - il risultato dell'installazione in una scatola con un volume di 50 litri, il più ripido scendendo sotto i 100 Hz - con un volume della scatola di 10 litri. E nel mezzo c'è la nostra caratteristica originale in un volume da 20 litri. Vediamo: il volume cambia da indecentemente piccolo a poco pratico, ma non c'è una buona caratteristica: o inizia a diminuire troppo presto o si abbassa troppo rapidamente.
Il diffusore, nato per una cassa chiusa, come si evince dal grafico seguente, ha la capacità di centrare l'optimum (curva mediana) o di "tagliare" il volume, pur ricevendo una caratteristica di "ronzio" piuttosto evidente (curva superiore ottenuto in un volume di 10 litri). E viceversa? E' possibile, installando un diffusore "chiuso" in un invertitore di fase, configurarlo in modo da ottenere una risposta in frequenza piatta? Teoricamente - sì, il vantaggio di un invertitore di fase è che con un volume costante è possibile sintonizzare la frequenza cambiando il diametro e la lunghezza del tunnel (in pratica - sempre la lunghezza, ovviamente). Iniziamo l'esperimento con la curva superiore, assolutamente terribile (volume 20 l, frequenza di sintonia 50 Hz) e, gradualmente, ricostruendo l'invertitore di fase, all'improvviso, a una frequenza di sintonia di 20 Hz, notiamo che siamo arrivati a una bella curva (in basso nel grafico).
Opanki, calcoliamo ora quale tunnel è necessario per questo - e via! Dopo mezzo secondo di tempo al computer, scopriamo che per sintonizzare un volume di 20 litri su una frequenza di 20 Hz, è necessario un tunnel con un diametro di 75 mm e una lunghezza di 1 m 65 cm. è alto come una signora in miniatura e non piccolo come un dettaglio di un subwoofer compatto. Ma d'altra parte, un altoparlante "invertitore di fase" consentirà con il minimo fastidio (spingere il tubo - spingere il tubo) di ricostruire la frequenza non peggio di un equalizzatore. Il grafico mostra i risultati di tali attività nella gamma di frequenza di sintonizzazione del tunnel da 35 a 52 Hz, che richiedeva una lunghezza del tunnel da 190 a 400 mm - non Dio sa cosa anche al valore più alto.
Nella parte successiva della saga del subwoofer (ovviamente, non l'ultima - l'argomento è sconfinato e Dio è misericordioso e, forse, prolungherà gli anni dell'autore), affronteremo direttamente la questione dell'implementazione pratica di il piano - per chi vuole fare da sé o per chi vuole saper distinguere il lavoro di un installatore competente dai tentativi di un hacker ignorante. D'accordo: anche quando si viaggia in taxi è utile sapere che il percorso da Sokolniki a Izmailovo passa in qualche modo lontano da Chertanovo ... Autore: Andrey Elyutin, AvtoZvuk; Pubblicazione: avtozvuk.com
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