Progettazione acustica utilizzando il programma JBL Speakershop. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Il design acustico, o box, che sceglierai per il subwoofer sarà il fattore determinante per ottenere un suono di alta qualità nella regione dei bassi a bassa frequenza." Dalla descrizione JBL di "Subwoofer per auto".

Dedica del tempo a discutere su cos'è e perché un subwoofer necessita di una progettazione acustica e, di conseguenza, di un software per il suo calcolo (vedi "12 Volt Master" N 1/97, p. 52, N 5/97, p. 18, N 1/ 98, p. 62), probabilmente non necessaria. Passiamo immediatamente e direttamente all'oggetto in considerazione: il software per computer SPEAKERSHOP, preparato dagli specialisti JBL per lo sviluppo e il calcolo dei parametri della progettazione acustica dei subwoofer. Precisiamo subito che il programma funzionerà bene in relazione all'acustica domestica, ma non è il nostro caso, e che consente di effettuare calcoli non solo per gli altoparlanti JBL, ma in realtà per un'ampia varietà di prodotti - se non altro erano noti i valori delle caratteristiche necessarie.

JBL SPEAKERSHOP è un software in una certa misura noto agli installatori russi. Li ha raggiunti in vari modi, anche tramite Internet. Quest'anno JBL ha un distributore esclusivo per la sezione car audio in Russia: MMS. Ora SPEAKERSHOP è disponibile per tutti e i clienti MMS ricevono la versione originale insieme a una descrizione dettagliata in russo.

SPEAKERSHOP è composto da due parti indipendenti e complementari: Modulo Enclosure - per il calcolo della progettazione acustica e Modulo Crossover - per il calcolo dei parametri dei filtri di separazione. Allora cominciamo con ordine.

Modulo custodia

Questo software ti aiuta a determinare il volume e le dimensioni del cabinet e a valutare la qualità del suono. La progettazione viene analizzata in due fasi. Il primo passo è determinare come funzionerà ai normali livelli di ascolto. Questa procedura è chiamata analisi di piccoli segnali e include il calcolo della risposta in ampiezza (frequenza), risposta dell'impedenza della bobina mobile, risposta di fase e ritardo di gruppo. In secondo luogo, per la struttura viene simulata la modalità di volume massimo. Questa fase è chiamata analisi di grandi segnali e comprende gli standard di potenza termoacustica nella gamma delle frequenze medie e le caratteristiche di potenza massima a varie escursioni.

Due modi per utilizzare il programma

Esistono due modi per progettare involucri utilizzando il programma SPEAKERSHOP Enclosure Module. Uno di questi riguarda la progettazione di un involucro per alcuni altoparlanti selezionati. Allo stesso tempo, le caratteristiche del caso variano. Un altro modo è trovare gli altoparlanti adatti al tuo mobile esistente: selezioni i modelli di altoparlanti. Il metodo di progettazione può essere selezionato utilizzando il comando Variabile nel menu Opzioni.

Quando viene lanciato per la prima volta il programma SPEAKERSHOP Enclosure Module, viene impostata la modalità predefinita in cui i parametri da modificare sono le caratteristiche della progettazione acustica.

Il foglio di calcolo contiene colonne per la progettazione di sei casi. I primi tre sono destinati al calcolo delle custodie con bass reflex - per progetti ottimali, personalizzati (cioè progettati dal maestro stesso) e per custodie progettate per una banda di frequenza specifica. La colonna successiva riguarda il design personalizzato del mobiletto del radiatore passivo. Le ultime due colonne riguardano la progettazione ottimale e personalizzata per i casi di tipo chiuso. Poiché il foglio di calcolo mostra diversi tipi di design contemporaneamente, puoi confrontarli facilmente. Le impostazioni degli altoparlanti vengono visualizzate nell'area in basso a sinistra del foglio di calcolo. Il grafico seguente è lo stesso per entrambi i metodi.

La modalità in cui il valore della variabile è l'altoparlante stesso viene impostata utilizzando il comando Variabile-Altoparlante nel menu Opzioni. Questo nel caso in cui selezioni altoparlanti adatti per un caso esistente. La modalità è molto comoda per calcolare i sistemi di riproduzione del suono delle automobili, quando è necessario selezionare un altoparlante per un volume rigorosamente specificato, poiché consente di verificare rapidamente il funzionamento di diversi sistemi acustici in un alloggiamento specifico o in un determinato spazio limitato.

La modalità altoparlante variabile utilizza un diverso tipo di menu del foglio di calcolo. Invece di mostrare sei diversi modelli di cabinet, come avviene nella modalità Variable-Box, vengono mostrati contemporaneamente sei diversi altoparlanti. Ciò consente di confrontare rapidamente fino a sei modelli diversi.

Opzioni degli altoparlanti

Se sei ancora nuovo nella progettazione di cabine acustiche o hai fretta e desideri inserire solo i parametri minimi richiesti per progettare la cabina, seleziona l'opzione Parametri minimi nel menu Altoparlante. Apparirà una finestra in cui è possibile inserire i parametri minimi, tra cui il nome del produttore (Manufacturer), nome del modello (Model), Fs, Vas e Qts. L'efficienza o la sensibilità nominale devono essere inserite solo quando si progettano casse con bass reflex.

Per inserire i parametri completi (meccanici, elettrici, combinati) selezionare l'apposito comando. Di seguito forniamo una breve spiegazione delle designazioni dei parametri.

Parametri meccanici

Fs - Frequenza di risonanza naturale dell'altoparlante (Hz).

qms - Il fattore di qualità dell'altoparlante alla frequenza Fs, quando si prendono in considerazione le sue perdite o attenuazioni meccaniche (non elettromagnetiche).

Vas - Un volume d'aria avente un'elasticità equivalente a quella del supporto dell'altoparlante (piedi cubi o pollici o litri).

cms - Coefficiente di cedevolezza meccanica della sospensione (pollici per libbra o millimetri per Newton).

Mms - Massa meccanica del diffusore tenendo conto del carico aerodinamico (once o grammi).

Rm - Resistenza meccanica nella sospensione dell'altoparlante (libbre al secondo o chilogrammi al secondo).

Natale - L'ampiezza lineare massima o di picco della bobina dell'altoparlante (pollici, centimetri o millimetri). Tipicamente definita come la distanza che una bobina può percorrere in una direzione pur essendo in grado di mantenere un numero costante di oscillazioni nel traferro del magnete. Questo parametro determina l'ampiezza massima delle oscillazioni alla quale non appare la distorsione.

Sd - "Area pistone/cono" dell'altoparlante (pollici quadrati o centimetri quadrati). Rappresenta l'area della parte mobile dell'altoparlante.

Dia - "Diametro pistone" (pollici o centimetri).

Opzioni combinate

Qtà - Fattore di qualità dell'altoparlante per il valore di frequenza Fs, tenendo conto di tutte le perdite elettromagnetiche e meccaniche.

hо - L'efficienza nominale dell'altoparlante con un carico acustico pari alla metà del volume (il riflettore è posizionato all'infinito). L'efficienza viene inserita in percentuale.

SPL - Sensibilità nominale dell'altoparlante con un carico acustico pari alla metà del volume (il riflettore si trova all'infinito). Inserito in decibel. La sensibilità viene misurata lungo l'asse a una distanza di 1 metro quando all'altoparlante viene applicata 1 W di potenza elettrica. Poiché molti produttori testano i propri altoparlanti con una tensione fissa di 2,83 V invece di 1 W, nella finestra Parametri completi degli altoparlanti è disponibile l'opzione 2,83 V.

parametri elettrici

QES - Dinamica Q per il valore di frequenza Fs. Consente solo perdite elettromagnetiche (non meccaniche) o smorzamento delle vibrazioni.

Re - Resistenza DC della bobina mobile (Ohm).

Le - Induttanza della bobina mobile (millihenry).

Z - Impedenza elettromagnetica nominale dell'altoparlante (solitamente 8 o 4 ohm).

BL - Potenza del motore dell'altoparlante (newton/amp, metro/tesla, pound/amp o ft/tesla).

Pe - Potenza elettrica massima (W) limitata termicamente che l'altoparlante può gestire. Solitamente rappresenta la potenza elettrica massima senza causare la bruciatura della bobina mobile.

Database degli oratori

Il database memorizza i valori di tutte le caratteristiche necessarie di un gran numero di altoparlanti di diversi produttori. Il “settore del fuoco” è molto ampio; a titolo illustrativo, è sufficiente elencare diverse aziende dall'inizio dell'elenco: A&S Speakers, Acoustic Research, AcousticPro - e dalla fine: Xtasy Audio, Yamaha, Zachry. Naturalmente, se non hai trovato il modello che cerchi, allora puoi aggiungerlo, insieme alle sue caratteristiche, al database, aumentando le informazioni in esso contenute. Inoltre, se hai l'opportunità di misurare le caratteristiche di ampiezza-frequenza dell'altoparlante in una speciale schermata di test o di ottenere questi dati dal produttore, allora c'è un'opzione per inserire valori sperimentali punto per punto. È chiaro che l'aggiunta di dati sperimentali aumenterà l'accuratezza dei risultati del calcolo.

Il programma consente inoltre la selezione automatica dei modelli di altoparlanti che soddisfano condizioni prestabilite. È sufficiente determinare l'intervallo dei valori Fs e Qts e il programma offrirà immediatamente una serie di modelli adatti al progetto acustico selezionato.

Involucri acustici e loro parametri

1. Invertitore di fase

L'obiettivo di ottimizzare il design di un cabinet con bass reflex è selezionare un volume che fornisca la risposta in ampiezza più uniforme e fluida nella gamma delle frequenze di sintonizzazione della porta bass reflex.

1) Un sistema con una risposta in frequenza dei bassi ampia e un sistema con una risposta in frequenza dei bassi “più fluida”; 2) Un sistema non sufficientemente smorzato (il volume della scatola è piccolo) e un sistema eccessivamente smorzato (il volume della scatola è grande)

I vantaggi di questo design sono una maggiore risposta alle medie e basse frequenze, una minore distorsione dovuta all'ampiezza del cono più piccola, una maggiore efficienza e un costo complessivo inferiore.

Il design del cabinet con bass reflex è relativamente sensibile ai cambiamenti nei parametri degli altoparlanti. In questo caso funzionano meglio altoparlanti con un Qts piuttosto basso (da 0,2 a 0,5). I design delle custodie bass reflex consentono una frequenza di risonanza (Fs) significativamente più elevata, nonché l'uso di bobine mobili con toni di avvolgimento più brevi (Xmax basso) e sospensioni più rigide (Vas piccolo) rispetto ai design delle custodie chiuse. Il ridimensionamento di un cabinet bass reflex richiederà Qts e Vas inferiori.

2. Design Band-Pass (un alloggiamento con un dispositivo bass reflex progettato per allocare una banda di frequenza specifica)

Band-Pass è un design a scatola che consente di controllare la risposta in ampiezza sia nelle frequenze inferiori che in quelle superiori grazie all'utilizzo di un alloggiamento a doppia camera. Inoltre, gli altoparlanti si trovano all'interno del case. (Se è presente più di un altoparlante, è possibile utilizzare alloggiamenti con tre camere, ecc.)

Il design passa-banda significa che è possibile utilizzare altoparlanti con un valore Q più elevato (magneti più piccoli) rispetto agli altoparlanti utilizzati con altri design di cabinet bass reflex. Fornisce una distorsione inferiore (la distorsione di ordine superiore viene filtrata), maggiore efficienza su tutta la banda di frequenza operativa e non richiede praticamente alcun filtro passa-basso.

Gli svantaggi del Band-Pass includono la risonanza della “canna d'organo” di ordine elevato per la porta, che determina il taglio dei valori di frequenza superiori, nonché la complessità del progetto.

Il design Band-Pass è molto sensibile al valore Q dell'altoparlante. I progetti di 4° ordine funzionano meglio con altoparlanti che hanno un Qts vicino a 0,4, mentre i progetti di 6° ordine funzionano meglio con altoparlanti che hanno un Qts vicino a 0,5. In generale, quanto più alto è il Qts, tanto più stretta è la banda di frequenza. Più basso è il Qts, più ampio è, ma allo stesso tempo aumenta anche la disuniformità delle caratteristiche nella banda di frequenza operativa. I coefficienti Vas e Cms non influiscono molto sulla progettazione.

3. Design acustico con un radiatore passivo (emettitore)

Un radiatore passivo (simile a un normale altoparlante, ma senza il sistema magnetico e la bobina mobile) funge da porta dell'alloggiamento. Per questo motivo una cassa per radiatore passivo si comporta in molti casi in modo simile ad una cassa bass reflex.

I vantaggi di un case con radiatore passivo sono gli stessi di un case con bass reflex, con in più la possibilità di utilizzare un case più piccolo, che però non sempre può ospitare una porta delle dimensioni richieste. Ciò garantisce che la re-irradiazione del rumore interno dall'alloggiamento sia ridotta al minimo e che l'ampiezza del cono dell'altoparlante sia ridotta nell'area al di sotto della risonanza del sistema. Quest'ultimo vantaggio deriva dalla capacità del radiatore passivo di supportare il carico dell'altoparlante a frequenze molto basse.

Gli svantaggi del design del cabinet con radiatore passivo includono, come ci si potrebbe aspettare, gli svantaggi del cabinet con bass reflex più una scarsa risposta ai transitori alla frequenza di risonanza del radiatore passivo (Fp). Un radiatore passivo richiede in genere un movimento lineare maggiore del cono rispetto a un woofer. Naturalmente anche la complessità del design è uno svantaggio.

4. Scatola chiusa

I vantaggi del design della custodia chiusa sono la sua semplicità e solitamente le dimensioni ridotte. Le deviazioni nelle caratteristiche degli altoparlanti spesso hanno un impatto minore sulla qualità del suono. Anche una risposta in ampiezza più piatta e la possibilità di utilizzo con amplificatori ad alta potenza (poiché gli altoparlanti non vengono scaricati alle basse frequenze, come accade quando si lavora con casse bass reflex) sono un vantaggio.

Gli svantaggi del design della custodia chiusa sono un'efficienza inferiore rispetto a quando si utilizza una custodia con bass reflex. In genere, in un design chiuso, gli altoparlanti con un fattore di qualità superiore a 0,3, un valore Fs basso e valori Xmax e Vas elevati funzionano bene. Ridurre il volume della scatola richiederà valori più bassi del fattore di qualità Qts e Vas.

Sistema non sufficientemente smorzato (il volume della scatola è piccolo) e sistema eccessivamente smorzato (il volume della scatola è grande)

Di seguito sono riportati i parametri delle casse acustiche utilizzate nei calcoli.

Vb - Il volume interno della scatola.

F3 - Frequenza nominale (Hz) a metà potenza -3 dB. È un punto situato 3 dB sotto il ginocchio della caratteristica di ampiezza, in cui la risposta in frequenza inizia a diminuire nella regione delle basse frequenze.

Fb - Frequenza di risonanza per una cassa con bass reflex (Hz).

QL - Il valore del fattore di qualità per la causa è la somma di tutte le perdite. Le valigie con un volume inferiore a 11 piedi cubi (311 litri) hanno in genere un valore QL vicino a 7. Le valigie con volumi maggiori hanno un QL di circa 5.

Svapo - Un volume d'aria avente un'elasticità equivalente a quella di una sospensione passiva di un radiatore (piedi o pollici cubi o litri).

Fp - Frequenza di risonanza naturale del radiatore passivo (Hz).

Qtc - Il valore del fattore di qualità per il caso di tipo chiuso.

Dv - Il diametro o l'area della sezione trasversale di una porta o condotto in un alloggiamento bass reflex.

Lv - La lunghezza della porta o del condotto in una custodia con bass reflex.

Grafici di output

In questo programma è possibile accedere a sei grafici di varie caratteristiche. Si tratta di grafici di: risposta in frequenza-ampiezza normalizzata (spesso chiamata risposta in frequenza o in ampiezza), risposta in ampiezza quando un segnale da 2,83 V viene applicato all'ingresso, potenza sonora massima, caratteristiche di resistenza della bobina mobile, ritardi di fase e di gruppo.

Nota speciale

Caratteristica "gobba" dovuta alla funzione di trasferimento della cabina

Questa osservazione riguarda la funzione di trasferimento dell'interno dell'auto. La particolarità è che le caratteristiche di ampiezza-frequenza calcolate del sistema, visualizzate dai grafici risultanti, dipendono molto seriamente dall'auto specifica (dimensioni, design, ecc.) in cui verrà posizionato l'intero sistema di altoparlanti dei bassi. Il grafico sopra dimostra che l'interno di un'auto porta a cambiamenti significativi nella risposta in frequenza con il rilascio di una “gobba” a frequenze nell'intervallo 30-50 Hz. Il problema della funzione di trasferimento della cabina è stato trattato nel "Master 12 Volt" N 1/98, ed i risultati delle misurazioni sperimentali sono presentati nel prossimo articolo sullo stesso numero della rivista.

Nella maggior parte dei programmi di calcolo, si presuppone che la funzione di trasferimento sia una sorta di media universale e SPEAKERSHOP non fa eccezione a questo riguardo. Sebbene venga fornito un input punto per punto della funzione di trasferimento misurata sperimentalmente. La possibilità di utilizzare dati sperimentali può aumentare significativamente la precisione dei calcoli. Bene, se non ci sono tali dati, allora nella domanda su cosa accadrà alle caratteristiche di ampiezza-frequenza dei bassi in vari modelli di auto, Loro Maestà vengono prima l'esperienza e l'intuizione dell'installatore.

Modulo incrociato

Questo software consente di calcolare sistemi di crossover passivi a due e tre vie dal primo (6 dB/oct) al quarto (24 dB/oct) ordine e diversi tipi di filtri: Bessel, Butterworth, Chebychev, Gaussian, Legendre, Linear -Fase e Linkwitz-Riley.

Come risultato dei calcoli, sullo schermo del monitor apparirà uno schema elettrico del sistema crossover selezionato dall'utente, che indica le caratteristiche esatte dei suoi elementi.

Come risultato dei calcoli, sullo schermo del monitor apparirà uno schema elettrico del sistema crossover selezionato dall'utente, che indica le caratteristiche esatte dei suoi elementi.

Pubblicazione: cxem.net

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