ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Realizzare subwoofer, i segreti dei maestri. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / relatori È ora di segare i pianoforti Oggi è impensabile una trasmissione del suono completa senza la componente a bassa frequenza del segnale acustico. Pertanto, sempre più spesso, gli automobilisti preoccupati per la qualità del suono dell'auto, integrano la radio stereo e una coppia di altoparlanti (come direbbe un installatore americano, “deck and two”) con altoparlanti che espandono la gamma del suono riprodotto. sia verso il limite superiore che soprattutto verso quello inferiore. Poiché un segnale di 20 Hz - 150 Hz non ha alcun effetto pratico sull'effetto stereo, è consuetudine separarlo in un canale, progettato con un alloggiamento acustico, semplificando così la progettazione del circuito e preservando lo spazio dell'interno dell'auto. E poiché il suono nella gamma delle frequenze basse viaggia attorno agli ostacoli, l'alloggiamento del subwoofer può essere posizionato in qualsiasi parte libera dell'auto. La scatola acustica è realizzata con diversi materiali: compensato, truciolare, plastica. Ci sono anche artigiani che utilizzano il legno degli strumenti musicali. La progettazione acustica di un subwoofer, se non è un insieme di parti già pronte, solitamente comprende: progettazione e calcolo di un sistema acustico per un ordine specifico, produzione di una custodia acustica e installazione del sistema in un'auto . Poiché la progettazione acustica dei subwoofer richiede creatività, ogni installatore esperto trova la propria chiave per dargli vita. Dopo aver concordato le questioni fondamentali con il cliente, il maestro inizia i calcoli dettagliati dell'acustica futura. Decine di progetti di casse per subwoofer possono essere ridotti a diversi tipi base, tra i quali i più noti sono i sistemi chiusi, con fase invertita e i sistemi con altoparlanti passivi. Quando si progetta un sistema di altoparlanti subwoofer, di solito si cerca di ottenere una buona funzione di trasferimento, cioè un buon rapporto tra la pressione sonora creata e il complesso segnale di ingresso. Le funzioni di trasferimento dei tre sistemi citati sono in linea di principio simili alla funzione di trasferimento di un filtro passa-alto rispettivamente del secondo e del quarto ordine, con una pendenza della risposta in ampiezza-frequenza verso le basse frequenze di 12 dB per ottava e 24 dB per ottava e la risposta in frequenza finale nella gamma delle frequenze operative del subwoofer dipende dalle caratteristiche dell'altoparlante utilizzato, dal filtro crossover utilizzato, dal design e dal materiale dell'alloggiamento, nonché dalle capacità dell'amplificatore di potenza. Tenendo conto di tutte queste caratteristiche nella progettazione acustica del subwoofer, gli artigiani si sforzano di ridurre l'ampiezza di spostamento del sistema di altoparlanti mobili e quindi di aumentare il livello di potenza elettrica in ingresso, nonché la massima pressione sonora, che aiuterà a ridurne il sovraccarico e distorsione del segnale. Per studiare il progetto in dettaglio, oggi è possibile utilizzare speciali programmi di calcolo per computer, impostando i parametri del subwoofer “all'ingresso” e ottenendo le caratteristiche consigliate dell'alloggiamento dell'altoparlante “all'uscita”. A volte, per calcolare alcune caratteristiche volumetriche della cassa, l'installatore deve utilizzare degli “equivalenti”: se il produttore del subwoofer fornisce consigli sui tipi di casse acustiche e sul loro volume, può essere difficile calcolare il volume proprio del subwoofer, che è il volume d'aria che sposta, a causa della complessità della sua geometria. Alcuni installatori meticolosi utilizzano talvolta una sostanza granulare omogenea (non in grado di danneggiare la superficie dell'altoparlante, ovviamente), riempiendola e misurando il volume equivalente di aria spostata. La custodia acustica è l'elemento più importante dell'intero sistema di altoparlanti del subwoofer. Non solo deve avere il volume interno ottimale per ospitare l'altoparlante e i componenti necessari, ma deve anche avere una resistenza sufficiente, non solo meccanicamente, ma anche acusticamente. Il fatto è che un subwoofer di tipo dinamico funziona come una pompa, comprimendo l'aria davanti al diffusore e rarefandola dalla parte posteriore in direzione assiale. In questo caso i valori di pressione su entrambi i lati sono uguali, ma invertiti in fase, quindi, in assenza o insufficiente isolamento delle superfici anteriore e posteriore dell'altoparlante, si verificherà un “cortocircuito acustico”. Per evitarlo è necessario garantire uno sfasamento del segnale acustico emesso dalla parte posteriore del diffusore, ad esempio della metà della lunghezza d'onda. Ciò si ottiene installando un "pannello divisorio acustico", molto spesso chiuso sotto forma di alloggiamento. Quanto più grande è questa partizione (o quanto maggiore è il volume dell'alloggiamento), tanto più bassa sarà teoricamente la tonalità del segnale, che non sarà chiuso acusticamente. Se il volume del corpo (cioè la dimensione della massa d'aria racchiusa in esso) influenza l'altezza della sua frequenza di risonanza, allora la forma del corpo influenza principalmente la formazione di onde stazionarie come risultato della risonanza stessa del corpo, che avviene con una frequenza particolare. Per combattere la formazione di onde stazionarie si ricorre allo spostamento dell'altoparlante dal centro della cabina acustica. La più infruttuosa è la forma cubica della cabina acustica con l'altoparlante situato ad uguale distanza da tutte le sue pareti. Posizione dell'altoparlante rispetto alle pareti dell'alloggiamento Il design del cabinet determina in gran parte le caratteristiche acustiche del sistema subwoofer, sebbene sia altrettanto importante quali materiali vengono utilizzati nella sua fabbricazione. Oggi possono essere: legno, plastica, vetro organico, ceramica e persino cemento. La maggior parte degli artigiani considera i pannelli truciolari a media dispersione (MDF) i più pratici: hanno buone proprietà fonoassorbenti, sono economici, hanno una densità uniforme (a differenza del compensato multistrato), un elevato peso specifico e sono anche facili da lavorare. nella falegnameria. Va inoltre notato che gli artigiani che producono sistemi audio per auto competitivi spesso utilizzano materiali esotici o trasparenti nella produzione di custodie per subwoofer, non a causa delle loro proprietà insolite, ma nel perseguimento dell'originalità esterna o del desiderio di dimostrare la struttura interna del sistema . Sistemi chiusi
Dimensioni ottimali delle casse del subwoofer I sistemi di questo tipo hanno buone caratteristiche acustiche con semplicità di progettazione. Il volume dell'involucro determina i limiti della gamma di frequenze in cui il subwoofer installato avrà prestazioni ottimali: se il volume è insufficiente per un determinato altoparlante, la pressione all'interno dell'involucro sarà maggiore che all'esterno e i toni più bassi saranno attenuato. Con un'ulteriore diminuzione del suo volume, aumenterà la perdita della componente a bassa frequenza e, al contrario, i toni più alti verranno enfatizzati, esaltando l'effetto “barile” invece dei bassi densi e chiari. Pertanto, se hai poco spazio, è meglio utilizzare un subwoofer più piccolo, come un 8 pollici, piuttosto che restringere il più possibile la custodia di un altoparlante da 10 o 15 pollici. Aumentare il volume della cassa oltre quello consigliato dal produttore del subwoofer può aumentare l'uscita alle frequenze più basse, ma il tecnico dovrà affrontare problemi ancora maggiori durante l'installazione del subwoofer nell'auto. Il grafico qui sopra caratterizza le dimensioni ottimali delle custodie consigliate per subwoofer di vari diametri. Sistemi di inversione di fase Alla ricerca di schemi di progettazione acustica più efficaci per gli altoparlanti a bassa frequenza, gli artigiani decenni fa iniziarono a utilizzare custodie con bass reflex e vari tipi di condotti d'aria acustici. L'interesse per loro è aumentato soprattutto negli ultimi anni, con lo sviluppo delle apparecchiature hi-fi, poiché consentono di ampliare la gamma delle frequenze riprodotte. Alcuni costruttori ritengono che valga la pena fare uno sforzo extra per andare oltre il design chiuso e ottenere prestazioni a bassa frequenza. Negli alloggiamenti a fase invertita vengono utilizzati tubi cilindrici o rettangolari, solitamente sintonizzati su una frequenza specifica. La progettazione acustica di un subwoofer che utilizzi tali casse richiede molta conoscenza teorica ed esperienza da parte dell'installatore, poiché per ottenere una buona funzione di trasferimento è necessario coordinare, ad esempio, fattori come l'influenza reciproca della resistenza alle radiazioni del diffusore e del tubo bass reflex attraverso una massa d'aria reciprocamente oscillante. Errori, ad esempio, nel calcolo del fattore di qualità, così come nella progettazione e messa a punto del bass reflex, sono la ragione per cui il sistema di altoparlanti “borbotta” o i bassi sono “imbrattati”. E anche se il tubo bass reflex è sintonizzato sulla frequenza richiesta, può diventare una fonte di distorsione non lineare se, ad esempio, la velocità volumetrica dell'aria al suo interno supera quella consentita (non deve superare il 5% della velocità di suono): in questo caso il flusso d'aria diventa turbolento. La sensibilità della funzione di trasferimento (pressione sonora) del sistema bass reflex alla disarmonia della frequenza bass reflex è molto elevata e dopo l'assemblaggio finale potrebbe essere necessario effettuare regolazioni fini. Quando si valuta l'efficienza e la qualità del suono di un particolare sistema subwoofer, i professionisti spesso utilizzano l'analisi del livello di pressione sonora, ad esempio, in bande di un terzo di ottava della sua gamma di frequenza operativa. Per misurare questo livello e altre importanti caratteristiche del sistema subwoofer finito, è possibile utilizzare strumenti di analisi in tempo reale (vedere "12 Volt Master" n. 3 per il 1997). Viene riconosciuta anche la legittimità delle valutazioni soggettive degli esperti del settore audio. Scatole pesanti per bassi leggeri Questo non vuol dire che realizzare un alloggiamento o un altoparlante per un subwoofer per auto sia estremamente difficile. Se si seguono le istruzioni e le raccomandazioni degli specialisti, anche con un set limitato di utensili manuali, un abile artigiano è in grado di realizzare un sistema acustico di alta qualità. Come notato sopra, gli artigiani utilizzano spesso il truciolare MDF, che ha le proprietà meccaniche e acustiche necessarie. Il compensato multistrato viene utilizzato meno spesso. A seconda dell'abilità dell'artigiano in falegnameria, potrebbe essere difficile per lui segare e regolare le superfici della scatola agli angoli. È particolarmente difficile ottenere una connessione di alta qualità utilizzando solo strumenti manuali. La giunzione a “coda di rondine” delle superfici, che è “popolare” nella produzione di tali strutture, non è adatta, poiché la maggior parte dei pannelli truciolari, come il compensato multistrato, non hanno la necessaria resistenza meccanica della struttura della composizione adesiva e del riempitivo particellare . La figura mostra alcuni tipi di giunti angolari utilizzati nella produzione di scatole per sistemi subwoofer per automobili. Il punto di vista del Maestro Victor Polyakov, società russa di giochi Abbiamo visto in pratica che i clienti che apprezzano la qualità del suono di un sistema audio per auto preferiscono i modelli bass reflex nonostante i costi aggiuntivi. Inoltre, i produttori di subwoofer ci facilitano il compito con consigli per il calcolo delle casse, dei tubi e delle frequenze di taglio del crossover. Ci siamo inoltre assicurati che l'uso di materiali di alta qualità per le cabine acustiche sia giustificato. Utilizziamo il pannello truciolare fine Jamo. Per i subwoofer, l'ideale è una lastra da pollici, che non solo è durevole e facile da lavorare, ma ha anche buone proprietà acustiche senza richiedere un ulteriore trattamento superficiale. Per la decorazione interna viene utilizzata una speciale gommapiuma e, per la completezza complessiva del design, gli alloggiamenti sono rivestiti con moquette e speciali materiali acusticamente trasparenti. La nostra azienda dispone ora di una gamma completa di colori per tali materiali ed è importante che il cliente sia meglio informato sulle capacità e opzioni disponibili per l'acustica della sua auto. Dmitry Gurinovich, azienda Remers-Center Molti clienti tendono a risparmiare un centinaio o due sui materiali per l'acustica dell'auto, quindi abbiamo scoperto che è possibile utilizzare con successo compensato multistrato da 20 mm e truciolato da 15 mm per la produzione di casse per subwoofer, soprattutto perché oggi è possibile utilizzare plastica calda, speciali colla acustica o colla Flex, che tiene molto bene e crea una tenuta ermetica. Il rivestimento in vinile conferisce un buon aspetto e tenuta, che è importante per le condizioni dell'auto. Riteniamo che questa sufficienza ottimale sia l’approccio giusto. Quando riceviamo un ordine molto costoso, viene utilizzato il legno massiccio. In generale, la scelta dei materiali dipende direttamente dalla situazione finanziaria del cliente. Sergey Dudyrev, compagnia SV Art Quando si calcolano le scatole, è necessario innanzitutto tenere presente quale altoparlante deve essere racchiuso nell'alloggiamento. Non è un segreto che l'azienda produttrice completi i suoi prodotti con una descrizione delle caratteristiche tecniche, che dovrebbero indicare i parametri, ad esempio, degli stessi altoparlanti. È chiaro che questo semplifica moltissimo il lavoro dell’installatore. Alcune aziende che producono acustica offrono diverse opzioni di configurazione per le scatole per ottenere diversi colori di suono dallo stesso altoparlante. Questo è un grande vantaggio quando si lavora con un cliente che ha determinate preferenze musicali. Se durante il processo di installazione hai a che fare con un altoparlante i cui parametri sono sconosciuti in anticipo o richiedono un ricontrollo più accurato, questi dati necessari possono essere ottenuti mediante le tue misurazioni, utilizzando un generatore di suoni. Si ritiene che questo metodo sia più accurato, ma richiede più manodopera e, di conseguenza, richiede maggiori costi in termini di materiale e tempo. In linea di principio, per qualsiasi altoparlante è possibile realizzare una scatola di qualsiasi configurazione. Non ci sono restrizioni rigide: tutto dipende dagli obiettivi perseguiti dall'installatore. Prendiamo come esempio una normale scatola chiusa. Dato il suo piccolo volume, lo smorzamento dell'altoparlante è molto elevato, e di conseguenza è in grado di sopportare potenze elevate. Tuttavia, quando si aumenta il volume, potrebbe verificarsi un boom. Aumentando il volume della scatola riduciamo il rumore, ma allo stesso tempo diminuisce il limite della potenza erogata. Di solito progettiamo scatole in cui l'altoparlante emette una discreta quantità di potenza senza ronzio. Produciamo scatole in compensato multistrato di alta qualità. Inoltre, per ottenere la migliore qualità, realizziamo le pareti della scatola con due strati di compensato da 10 mm collegati con una colla speciale. Pertanto, lo spessore della parete è di almeno 20 mm; per un altoparlante da 10 pollici, il minimo accettabile è 15 mm. L'interno delle pareti in compensato deve essere rivestito con materiale fonoassorbente. La forma trapezoidale della scatola non è stata scelta a caso. Questa configurazione permette immediatamente di eliminare un paio di direzioni delle onde stazionarie. È auspicabile che le pareti della scatola non siano parallele, quindi il trapezio si adatta abbastanza bene a noi. Inoltre, questa forma del box è più giustificata a causa della configurazione del bagagliaio dell'auto.
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