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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Sulla distorsione delle caratteristiche di frequenza di sistemi acustici di piccole dimensioni e "bassi profondi". Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / relatori Ogni radioamatore che abbia mai costruito da solo sistemi acustici (AS) sa che anche l'esatta esecuzione del progetto, le raccomandazioni degli autori del progetto non sempre portano al risultato sperato. Nonostante tutta la complessità o la semplice impossibilità di valutare la qualità degli altoparlanti fatti in casa a casa, se non "a orecchio", gli autori dei progetti spesso non forniscono né metodi per valutare i loro progetti né raccomandazioni per il loro utilizzo (posizionamento e collegamento di Altoparlanti). Succede che dopo la ripetizione del prossimo "capolavoro", quando passa la gioia di finire il lavoro, inizia un periodo di valutazioni e conclusioni dolorose. L'entusiasmo e l'euforia momentanea sono spesso sostituiti da una quasi delusione. In effetti, è difficile cercare le ragioni del lavoro insoddisfacente già nel progetto finito, quando è stato fatto "tutto è stato fatto come doveva". O forse il design è buono, ma l'amplificatore "non è così" o qualcos'altro... familiare? Cerca nelle riviste di radioamatori degli anni passati articoli sulla progettazione di sistemi di altoparlanti. Cari autori, hanno creato le loro versioni quasi alla cieca, senza tener conto della fisica delle trasformazioni elettromeccaniche e dell'acustica in quanto tale. Indubbiamente, una serie di progetti di altoparlanti fatti in casa, metodi per migliorare gli altoparlanti industriali e le teste dinamiche hanno successo e meritano attenzione. Molti progetti sono diventati una buona "scuola" per gli amanti della riproduzione del suono di alta qualità nell'infinito processo ciclico di creazione o rifacimento di altoparlanti secondo il principio: "Sta per diventare molto buono ...". Ma si noti che gli autori hanno confrontato i loro sviluppi (al massimo) con i progetti industriali delle fabbriche AS dell'ex URSS. Proverebbero a confrontare i loro progetti con i prodotti di aziende come BOSE o JBL... L'obiezione all'acquisto di altoparlanti importati di prezzo medio e basso è la seguente: "Chi ti ha detto che un tale altoparlante nel tuo soggiorno suonerà e non irradierà suoni dolci?". Motivi come: "Non farlo comunque" non convincono. Certo, ci sono campioni di acustiche di marca che sono incomparabili nel design e nel suono, ma il loro costo (così come tutto il know-how) è molto alto. Anche ora, quando c'è una reale opportunità di utilizzare moderne testine dinamiche di alta qualità, si continuano a trovare descrizioni di altoparlanti fatti da sé (già su una nuova base di elementi), ereditando gli errori di progettazione degli anni precedenti. Sembra che nell'attuale varietà di scelta del materiale sorgente, possiamo calcolare e costruire con competenza solo il cabinet degli altoparlanti (scatola). In effetti, non solo il volume di AS è un indicatore di qualità determinante. A volte anche un caso calcolato correttamente dal punto di vista di una risposta in frequenza uniforme non suona. Riducendo l'inconveniente principale delle testine dinamiche esistenti - una significativa irregolarità della risposta in frequenza nella gamma di frequenze medio-alte, non saranno inferiori a un buon terzo di quelle importate e possono essere utilizzate per costruire altoparlanti che soddisferanno gli esigenti ascoltatore. La bellezza della costruzione di altoparlanti fai-da-te è la libertà di progettare e ottenere ciò che desideri indipendentemente (o quasi) dal costo, qualcosa che non puoi ottenere con la produzione di massa. Quindi, c'era ed è tuttora un senso cercare di reintegrare le tue conoscenze e ricominciare da capo. Nonostante questo materiale non fornisca un progetto specifico del sistema di altoparlanti, alcuni aspetti del funzionamento della sezione a bassa frequenza dell'altoparlante sono presentati da un punto di vista pratico e sono disponibili per la ripetizione o un'analisi indipendente con sufficiente accuratezza . Primo. L'acustica della stanza, o più semplicemente del soggiorno, è tutt'altro che perfetta. Se non riesci a migliorare l'acustica della stanza secondo tutte le regole (proporzioni della "sezione aurea 0,618: 1: 1,618", l'uso ragionevole di materiali fonoassorbenti, la scelta del posizionamento dei diffusori, la scelta del punto di ascolto, ecc. .), allora dovresti davvero guardare il mini complesso e calmarti. Altrimenti, andiamo avanti. Da un lato, ogni stanza suona in modo diverso anche dopo aver apportato tutte le modifiche ragionevoli all'ambiente. D'altra parte, ognuno di noi conosce le caratteristiche della sua casa, siamo abituati alla colorazione "casalinga" dei suoni. Il nostro cervello inizia inconsciamente a trasformare ciò che sentiamo nel suo colore originale. Quindi quello che devi veramente provare a fare nella stanza è ridurre al minimo le onde stazionarie, portare il livello di riverbero a un livello accettabile, rimuovere o smorzare gli oggetti risonanti (superfici) e organizzare la corretta area di ascolto. Secondo. L'emergere di nuove sorgenti sonore basate su tecnologie digitali, come video Hi-Fi (con registrazione audio FM), registratori a nastro, PC (MPEG), compact e mini-disc, impone nuovi requisiti agli altoparlanti: maggiore uniformità di fase e ampiezza -caratteristiche di frequenza, ampia gamma dinamica, minima distorsione di intermodulazione. La natura della distorsione negli altoparlanti è determinata dalla fisica del processo di riproduzione del suono ed è così sfaccettata che difficilmente tutti i tipi di distorsione possono essere eliminati nella pratica. Tuttavia, alcuni di essi sono ben studiati nel mondo dei radioamatori e quindi possono essere controllati nel processo di progettazione. La regola principale dovrebbe essere questa: ogni tipo di distorsione viene ridotta individualmente e con attenzione. Terzo. Costo del lavoro. In ogni caso, il costo dei materiali e dei componenti spesi per la realizzazione di un buon diffusore "domestico" sarà sproporzionatamente inferiore al costo del diffusore, che avresti acquistato se fosse stato possibile. Ciò significa che è molto redditizio investire le tue conoscenze nel design, che si chiama "per te". Ultima cosa. Quando acquisti un altoparlante di marca, nessuno tranne il produttore ti darà consigli sul suo posizionamento e sulla corretta "sintonizzazione" per una situazione specifica. Né i venditori né Internet hanno queste informazioni, solo le opinioni soggettive degli "esperti" degli stessi negozi. Ad eccezione di alcuni modelli di altoparlanti, che sono accompagnati da stampe della risposta in frequenza misurata e delle armoniche nella banda di frequenza operativa, siamo costretti ad acquistare quasi tutte le acustiche di marca su base "pig in a poke". Partiamo dalla scelta delle teste dinamiche. Questo determinerà il tipo di altoparlante, ovvero un design a due o tre vie. Per esperienza posso dire che è molto difficile realizzare in casa un sistema di altoparlanti a tre vie. Il costo della ricerca e della sperimentazione è raddoppiato rispetto a un diffusore a due vie. Prova a scegliere le teste dinamiche per altoparlanti a due vie in base alla loro potenza acustica (potenza nominale, tenendo conto della sensibilità) da LF-MF a MF-HF da 1,5 ... 3,0 a 1,0. La sovrapposizione delle gamme di frequenza delle testine deve essere di almeno 2 ottave (4 volte), altrimenti non sarà possibile garantire un abbinamento accurato e transizioni fluide delle caratteristiche di frequenza di fase delle testine nella regione della frequenza della sezione del filtro . È preferibile utilizzare filtri crossover del 2° ordine per le testine LF e del terzo per le testine HF. Questi requisiti apparentemente banali sono in realtà difficili da soddisfare, ma più facili che fare lo stesso per un altoparlante a tre vie. Il prossimo parametro che influenza la scelta di una coppia di teste è il diametro dei loro diffusori. È noto che maggiore è il diametro effettivo del radiatore (Deff.=Dg/sqrt(2), Dg è il diametro del cono misurato al centro dell'ondulazione), più stretta è la testata alla frequenza operativa superiore. Esiste una formula che mette in relazione l'angolo di direttività della radiazione della testina dinamica con la lunghezza d'onda emessa (l) e il diametro effettivo del diffusore Deff. La radiazione in avanti nel semispazio (p) è data dalla condizione pi*Deff.D=0,25 [1,6]. Alle alte frequenze, il diagramma di radiazione si restringe ancora di più. Ad esempio, per una testa a bassa frequenza del tipo 6GD-2 (Deff.=13 cm) alla frequenza di 7 kHz (limite per teste di questo tipo, misurato lungo l'asse di radiazione), il diagramma di radiazione presenta un'apertura angolo dell'ordine di TC/24 ad un livello di -3 dB. Questa direzione di radiazione non è applicabile per l'uso in un'area residenziale (tranne che per te, seduto al centro dell'area di ascolto, nessuno sentirà nulla). Ciò determina la scelta della sezione di frequenza delle bande LF-HF per questa testa nella regione di 1500 ... 2000 Hz, fornendo al contempo un angolo di apertura del diagramma di radiazione dell'ordine di TC / 6. Quando si utilizza un woofer con un diametro del cono più piccolo, la frequenza di crossover consentita può essere aumentata proporzionalmente. Argomentando in modo simile, la scelta di una testina RF dovrebbe essere fatta a favore di progetti con un piccolo diametro della superficie radiante (6GDV-1, 6GDV-6, 10GDV-2, ecc.). Si consiglia inoltre di affinare le testine dinamiche selezionate al fine di ridurre gli armonici e le risonanze parassite dei diffusori secondo i metodi più volte citati in letteratura [2]. L'unica cosa che non è consigliabile, a mio avviso, fare è ridurre in tutti i modi il fattore qualità proprio del woofer. I parametri di progettazione della testina selezionata sono molto più redditizi da misurare e prendere in considerazione durante il calcolo del progetto acustico, i parametri di uscita dell'amplificatore di potenza (PA) e il circuito elettrico dei filtri. In caso contrario, l'efficienza della testina diminuisce alle basse frequenze, il che complicherà ulteriormente il compito di accoppiarsi con la testina ad alta frequenza per ottenere una risposta in frequenza acustica uniforme degli altoparlanti. L'utilizzo di metodi per ridurre il fattore di qualità intrinseco di una testina a bassa frequenza presenta un altro notevole inconveniente. La distorsione della fase di radiazione dell'altoparlante, in cui è installata una testina smorzata, alle basse frequenze è maggiore rispetto a quando si utilizza una testina non smorzata e speciali circuiti di correzione. Ad esempio, gli altoparlanti a 6GD-2, Qts = 0,37 (smorzati da un pannello di impedenza acustica) hanno una risposta in frequenza piatta, ma lo sfasamento a una frequenza di 50 Hz è + pi / 2, mentre a Qts = 0,71 (senza PAS ) con correzione della risposta in frequenza nel PA - lo sfasamento alla stessa frequenza è solo + pi / 6, cioè 3 volte meno. Il passo successivo è la scelta del design acustico. Per semplificare la configurazione dei crossover dei diffusori e fornire maggiore libertà quando si posizionano i sistemi in una stanza, si consiglia di scegliere un design con alloggiamenti separati per ciascuna testata. Ciò consente di spostare in profondità l'emettitore HF rispetto all'LF per regolare la fase di radiazione nella regione della frequenza della sezione del filtro e, nel caso di installazione della testa HF in un alloggiamento sferico su un supporto ad anello, dirigere l'asse acustico della testina HF direttamente sull'ascoltatore con qualsiasi orientamento del corpo del collegamento a bassa frequenza. Quanti design di alloggi esistono per gli stessi woofer. Sembrerebbe che tutti siano calcolati utilizzando gli stessi metodi ben noti, ma sono così diversi sia nel volume che nei tipi. Dopo aver misurato i parametri di 7 testine 6GD-2 di diversi anni di produzione, sei davvero stupito dai risultati. I valori della frequenza di risonanza delle testine Fr sono nell'intervallo 31...55 Hz, il fattore di qualità equivalente Qts - 0,62...1,38, il volume equivalente Vas - da 65 a 380 litri! È possibile per una testata con un volume equivalente di 65 litri e un fattore di qualità di 0,62 calcolare il progetto con dimensioni accettabili per un soggiorno, ma per il caso di 300 litri e Qts = 0,93, è improbabile che la famiglia e i parenti lo facciano capirti. Per le testine di compressione da 20GDN-1 a 75GDN-1, la diffusione dei parametri si è rivelata inferiore, ma i loro valori differivano notevolmente dai dati riportati nelle schede tecniche. Accettabile per il design domestico dei diffusori (in termini di spessore dei materiali utilizzati per le pareti del case, peso e dimensioni del diffusore finito, comodità di collocarlo nella stanza) è un case con un volume di 30-45 litri. Inoltre, una cassa con un volume di 30-35 litri dovrebbe essere realizzata nel rispetto delle dimensioni interne nella proporzione della "sezione aurea". I casi di grandi volumi dovrebbero essere realizzati sotto forma di una struttura del pavimento con cuciture obbligatorie di pannelli laterali opposti con distanziatori. Lo spessore del materiale del corpo è di 16-25 mm con l'incollaggio obbligatorio della superficie interna con tappetini in linoleum e schiuma di 15-30 mm di spessore o tappetini fatti in casa (ovatta + garza) di 20-30 mm di spessore. Il woofer è posizionato sul bordo superiore del pannello laterale stretto, che sarà il frontale. Non c'è dubbio che nella maggior parte dei casi un altoparlante chiuso di queste dimensioni con una testina a bassa frequenza installata a sua disposizione avrà un fattore di qualità risultante maggiore dell'unità, cioè sulla risposta in frequenza nella regione della frequenza di risonanza si osserverà una "gobba" di +2 ... +6 dB. Inoltre, il limite inferiore delle frequenze riproducibili di un tale diffusore sarà di 75-100 Hz, il che chiaramente non è sufficiente. Tuttavia, questi tipi di distorsioni nella risposta in frequenza dei diffusori sono perfettamente modellati matematicamente [3] e possono essere predeterminati dalla scelta di una testina dinamica, facilmente misurabile e minimizzata da filtri attivi inseriti prima del PA o altro. Sulla scelta del tipo di corpo. Sì, un altoparlante chiuso è più facile da produrre, ma ti consente di utilizzare il potenziale di una testata dinamica nella regione dei bassi solo del 25-40%, indipendentemente dalla frequenza di risonanza della testata! La ragione di ciò risiede nell'impossibilità della testina dinamica di sviluppare il livello richiesto di potenza acustica nella regione della frequenza di risonanza a causa dei limiti di progettazione della corsa del diffusore e, di conseguenza, della comparsa di grandi distorsioni non lineari e di intermodulazione. Con una diminuzione della frequenza del segnale riprodotto al di sotto di 50-80 Hz, la maggior parte delle testine a bassa frequenza in altoparlanti chiusi con un volume di 30-45 litri non sono fisicamente in grado di fornire il livello di pressione acustica al livello creato dalla stessa testina a una potenza elettrica nominale in ingresso a frequenze di 300-2000 Hz. La diminuzione della massima potenza acustica (da non confondere con la risposta in frequenza) al diminuire della frequenza al di sotto di quella di risonanza (Fs è la frequenza di risonanza della testata nel volume del cabinet) è quasi lineare con una pendenza di 24 dB per ottava. Ti suggerisco di ricalcolare il livello massimo di potenza acustica di un altoparlante chiuso alla frequenza di 30 Hz con Fs pari a 60 Hz: otterremo un analogico inferiore a 1 W per una testata da 100 watt! Pertanto, l'unico accettabile per creare altoparlanti "domestici" di piccola capacità è un design che utilizza un inverter di fase (FI). Alle frequenze del segnale riproducibile vicino alla frequenza di sintonia FI Ff, l'ampiezza delle oscillazioni del diffusore diminuisce bruscamente. Di conseguenza, le distorsioni non lineari e di intermodulazione sono ridotte grazie al design della sospensione del diffusore, alle dimensioni limite del sistema magnetico e alla bobina mobile. Aumentano invece le distorsioni non lineari causate da un'insufficiente rigidità del diffusore. Tutto ciò parla a favore dell'uso del cosiddetto. teste di compressione. Con il corretto design dell'AS, l'ampiezza di oscillazione del sistema mobile della testa alla frequenza di sintonizzazione FI può essere 25-30 volte inferiore rispetto alla stessa frequenza in una custodia chiusa. Ciò significa che alle basse frequenze, un altoparlante FI ha una gamma dinamica molto più ampia rispetto a un altoparlante a struttura chiusa con distorsioni non lineari e di intermodulazione comparabili. La cosa più interessante è scegliere la frequenza di sintonia dell'invertitore di fase Ff. Il modo classico di accordare Ff alla frequenza di risonanza della testa nello spazio libero è giustificato nella stragrande maggioranza dei casi. In questo caso si raggiunge un compromesso tra l'uniformità della risposta in frequenza e la massima potenza acustica possibile dei diffusori a frequenze prossime a quella di risonanza (ma non inferiori a Ff). Il fattore di qualità equivalente della testa a bassa frequenza Qts per questo caso dovrebbe essere compreso tra 0,35 e 0,55. Nel caso di utilizzo di testine a bassa frequenza con un fattore di alta qualità di 0.15 = 0,65 ... 1,5 in un sistema di altoparlanti di piccole dimensioni, è generalmente difficile o impossibile ottenere una risposta in frequenza uniforme in un caso di qualsiasi volume. Pertanto, è consigliabile sintonizzare Ff su una frequenza 2 ... 3 volte (più precisamente - vedi sotto) al di sotto della frequenza di risonanza della testa Fp. Allo stesso tempo, la risposta in frequenza dell'altoparlante al di sopra della frequenza Ff ripeterà praticamente la risposta in frequenza di un altoparlante chiuso dello stesso volume.
Più basso è Ff, più stretta è la somiglianza della risposta in frequenza. A una bassa frequenza Ff, ci sono anche distorsioni di fase più piccole e un tempo di ritardo di gruppo più piccolo della radiazione AS alle basse frequenze (Fig. 1-4). Prevalenza 6GD-2, Qts(5=0,62, Fр=31 Hz, Vаs=241 l, SPL=92,3 dB/W*m. Dati stimati per diversi design acustici: 1. Altoparlanti con invertitore di fase, volume ottimale 550 litri, Ff = 20 Hz 2. Altoparlanti con invertitore di fase, volume 32 litri, Ff = 25 Hz 3. Altoparlanti di tipo chiuso, volume ottimale 386 litri 4. Altoparlanti di tipo chiuso, volume 32 litri Il livello 108 dB è fornito da una testina in un'ampia banda di frequenza di 300-2000 Hz alla potenza di ingresso nominale b W. Le dimensioni calcolate dell'FI sono le seguenti: Per un altoparlante con un volume di 550 litri - un diametro di 15 cm, una lunghezza di 7 cm Per un altoparlante con un volume di 32 litri - un diametro di 5 cm, una lunghezza di 24 cm -10% per calcolare la frequenza di sintonizzazione FI ottimale (minima possibile) (Ffi min) per una specifica testina a bassa frequenza. In caso contrario, questo è un criterio per determinare la frequenza, a partire dalla quale una specifica prevalenza dinamica (nei diffusori con FI) è in grado di fornire la massima pressione acustica non inferiore alle medie frequenze quando ad essa viene applicata la potenza elettrica nominale: Fphi min= 15 / SQRT( Dg * sqrt(Ng)) * SPL/Xmax, dove Ng è il numero di testine dello stesso tipo installate nel cabinet Dg è il diametro del diffusore (al centro della corrugazione), cm SPL - è la sensibilità della testa dB/W*m Xmax è lo spostamento massimo del diffusore (in una direzione), cm. L'importante è che la frequenza Ffi min, al di sotto della quale la massima pressione acustica creata dalla testa, inizi a diminuire bruscamente, praticamente non dipende né dal volume del corpo né dalla frequenza di risonanza naturale della testa. Pertanto, non ha senso calcolare un caso con un FI sintonizzato su una frequenza inferiore a Fphi min: non sarai in grado di ottenere un ritorno acustico accettabile da un driver a bassa frequenza in un altoparlante anche di un volume molto elevato, sebbene la risposta in frequenza dell'altoparlante potrebbe essere ottimale. Esempi: 10GD-34 (25GDN-1-4): Ffi min = 0,8 / sqrt10,5 * 84 / 0,6 = 35 Hz (98 dB) 6GD-2: Ffi min = 0,8 / sqrt21 * 91,4, 0,5/32 = 104 Hz (10dB) 30GD-20 (1GDN-4-0,8): Ffi min = 16,7/sqrt86 * 0,8/21 = 98 Hz (30 dB) 2GD-75 (1GDN -4-0,8): Fphi min = 21 / sqrt86 * 0,8 / 19 = 105 Hz (XNUMX dB)
Chiedi: "È questo il segreto dei bassi profondi?" Si tratta di vere frequenze di sintonizzazione FI, fino alle quali queste testine possono fornire una pressione acustica paragonabile alla pressione alle medie frequenze alla potenza di ingresso nominale. Inoltre - tutto è semplice: 1. Se la testa ha una propria frequenza di risonanza non inferiore a Ffi min e fattore di qualità Qts=0,3...0,5, sentiti libero di calcolare il caso con FI secondo il metodo ben noto [3 ]. Di conseguenza, otterrai un altoparlante ottimale con una risposta in frequenza piatta senza applicare un'ulteriore correzione PA. 2. Se la testina ha una propria frequenza di risonanza non inferiore a Ffi min e fattore di qualità Qts=0,6...1,5, allora c'è la possibilità di realizzare diffusori di qualsiasi volume accettabile con un FI sintonizzato sulla frequenza Ffi min. In questo caso, una risposta in frequenza piatta dell'altoparlante può essere ottenuta solo utilizzando l'appropriata correzione della risposta in frequenza del PA (correttore Linkwitz - vedi sotto). 3. Se la testina ha una propria frequenza di risonanza Fp < 0,85 * Ffi min, allora puoi pensare di installare due o più testine dello stesso tipo negli altoparlanti, quindi seguire l'opzione 1 o 2 o abbandonare completamente l'uso di questo tipo di testine nella sezione delle basse frequenze del diffusore . Altri modi per "forzare" la testina delle basse frequenze a lavorare al 100% sono costruire altoparlanti a due, tre volumi con il posizionamento della testina delle basse frequenze all'interno della custodia con radiazione attraverso la porta (porte) FI. Un tale AC è davvero difficile da calcolare a casa. Un po 'sui progetti degli inverter di fase. Il progetto standard di un FI tubolare deve soddisfare le seguenti condizioni: rigidità e assenza di sovratoni risonanti nel materiale del tubo, il diametro del foro (tubo) del FI deve essere scelto non inferiore a 1/4 del diametro del tubo cono di testa a bassa frequenza. Poiché il FI, come la testina dinamica, è una fonte di vibrazioni sonore, il tubo FI non dovrebbe creare armonici aggiuntivi. Tocca la parete del tubo PHI con una matita. Se "suona", incollare la superficie esterna del tubo FI in uno strato con gomma, linoleum e / o avvolgerla con intonaco, nastro isolante (non nastro adesivo) in 5-6 strati. Il foro FI sul pannello frontale dell'altoparlante deve essere posizionato a non più di 10-15 cm dal bordo della testina delle basse frequenze. In linea di principio, l'uscita FI può essere posizionata su qualsiasi lato o parete posteriore del cabinet dell'altoparlante. Solo nel caso in cui l'altoparlante sia installato nello spazio compreso tra gli elementi del mobile o vicino alla parete o altri oggetti che limitino l'irraggiamento laterale o posteriore, il foro FI deve essere posizionato sul pannello frontale. Nel calcolare la lunghezza del tubo, FI parte dal fatto che il bordo interno del tubo deve trovarsi almeno ad una distanza del suo diametro dalla superficie interna della parete opposta della cassa AU. Se questa condizione non è soddisfatta, viene ricalcolato il FI con un diametro inferiore. Invece di un FI, puoi usarne due con un diametro interno di 0,71 di quello calcolato AI. È anche utile arrotondare le estremità dei tubi. Riempire il cabinet dell'altoparlante con un fonoassorbente - a piacimento, esclusa l'area FI, ma non più di 15 g / litro. Un altro tipo di distorsione che influisce sulla qualità del suono di qualsiasi altoparlante è la perdita di diffrazione delle onde sonore. Questo tipo di distorsione appare nella regione di frequenza 100-800 Hz ed è una diminuzione graduale della pressione acustica generata dagli altoparlanti al di sotto di una certa frequenza. Nonostante questo tipo di distorsione sia ben noto, la sua descrizione nella nostra letteratura radioamatoriale è stata data in modo errato, apparentemente durante le prime traduzioni di articoli stranieri in russo. Questo tipo di distorsione ci è stato spiegato come "distorsioni nella risposta in frequenza di varie forme di casse acustiche" [6]. Tuttavia, quando si posizionano gli altoparlanti "nel muro", la distorsione di diffrazione può essere piccola in qualsiasi forma del cabinet. Infatti, quando la superficie interna delle pareti dell'altoparlante viene incollata con materiale fonoassorbente, la superficie interna dell'altoparlante può essere resa quasi sferica. Il comportamento dell'AX di tale AU cambierà, in linea di principio? NO. Il punto è questo. Alle basse frequenze, la lunghezza d'onda emessa dall'altoparlante è molto più grande delle dimensioni fisiche dell'altoparlante stesso, quindi le onde sonore girano attorno all'alloggiamento dell'altoparlante, ad es. vengono irradiati nello spazio 2pi (intorno). Alle alte frequenze, dove la lunghezza d'onda emessa è inferiore alla dimensione del pannello frontale dell'altoparlante, la radiazione è possibile solo in avanti, cioè in un semispazio [4]. Pertanto, a una potenza elettrica costante fornita all'altoparlante, e con un AH orizzontale della testina dinamica (e nella regione di 200-500 Hz, rari casi di testine a bassa frequenza presentano anomalie), a partire da una certa frequenza, il AH del sistema lungo l'asse di radiazione aumenta a +6 dB. Il comportamento più regolare dell'AC si osserva in assenza di spigoli esterni taglienti nella progettazione dell'AC (Fig. 5). Nel caso di un alloggiamento standard, l'AX della distorsione di diffrazione ha minimi e massimi locali, ma con l'aumentare della frequenza, il rinculo dell'AU lungo l'asse della radiazione aumenta ancora di un fattore 2 (Fig.b). La frequenza media (Hz) alla quale l'uscita dell'altoparlante viene (idealmente) aumentata di 3 dB può essere calcolata in Hz utilizzando la seguente formula empirica: Fd=115/W, dove W è la larghezza del pannello frontale dell'altoparlante in metri. La quantità di distorsione dovuta alla perdita di diffrazione di +6 dB si verifica solo quando i diffusori sono collocati in uno spazio libero, che non è un soggiorno. Le onde sonore a bassa frequenza che avvolgono l'altoparlante vengono riflesse in una certa misura dal muro, vicino al quale l'altoparlante è solitamente installato e arrivano all'ascoltatore. Pertanto, il valore di perdita effettivamente misurato è di 3-4 dB. L'esistenza di distorsioni di diffrazione può essere verificata dalle caratteristiche acustiche degli altoparlanti industriali fornite dai produttori (Fig. 7-9):
È abbastanza semplice compensare queste distorsioni AX includendo la catena correttiva più semplice R4C4R5 nel percorso di riproduzione del suono tra il preamplificatore e l'amplificatore di potenza (Fig. 10). Dopo aver scelto il rapporto delle resistenze R4=R5/2 (il valore di correzione è di circa 3,5 dB) e le loro valutazioni in kOhm, determiniamo la capacità C4 in microfarad utilizzando la formula: C4=130/(R5*Fd).
Esempio di calcolo: 1. Larghezza del pannello frontale dell'altoparlante: 25 cm 2. Determinare la frequenza Fd= 115/0,25=460 Hz 3. Selezionare R5=4,7 kΩ, R4=4,7/2=2,4 kΩ 4. Determinare С4=130/(4,7 *460)=0,062 µF (62 nF) che non puoi ricordare. Dopo aver applicato tale correzione ad alcuni oratori, questi ultimi potrebbero iniziare a "borbottare". Questo è abbastanza normale, perché. il fattore di qualità risultante della maggior parte degli altoparlanti di piccolo volume costruiti su comuni testine a bassa frequenza è ovviamente superiore a 0,71. Ogni fan della riproduzione del suono di alta qualità potrebbe notare che quando si posizionano gli altoparlanti su supporti alti 0,4 ... 0,7 metri, specialmente se vengono anche allontanati dal muro di 0,3 ... 0,6 metri, il livello di uscita degli altoparlanti diminuisce notevolmente woofer. In questo caso aumentate intuitivamente il livello del segnale alle basse frequenze con un controllo di tono +3...+5 dB e cosa osservate? Esatto: un suono più "vero" e forse "borbottio". Il controllo di tono dell'amplificatore a bassa frequenza in questo caso riduce solo la distorsione della diffrazione delle onde sonore. A proposito, tale posizionamento degli altoparlanti lungo la lunga parete della stanza è il più ottimale in termini di riduzione al minimo dell'effetto dell'acustica della stanza sulla risposta in frequenza degli altoparlanti.
Immaginiamo ora i diffusori AX mostrati nelle Figure 7-9, se i progettisti di questi diffusori "domestici" si occupassero di compensare questo tipo di distorsione con filtri passivi. AS "Corvette" e "Vega" "borbotterebbero", ma "Estonia" no. A proposito, il primo è realizzato in un caso chiuso, "Estonia" e "Vega" - con AI sintonizzato su 40-45 Hz. L'analisi dell'AH di questi altoparlanti mostra che: 15AC-111 "Vega" - a causa dell'elevato fattore di qualità della testina a bassa frequenza utilizzata nell'AU, l'AX ha un aumento a una frequenza di 80-90 Hz di 2- 3 dB (il fattore di qualità dell'altoparlante è 1,3). In ogni caso si osserva "borbottio" ed è necessaria la correzione dell'AH con filtri attivi. L'uso di un AI sintonizzato su 40 Hz è vicino all'ottimale (35 Hz), ma non dovrebbe essere usato per correggere l'AH, ma per uno scopo completamente diverso: fornire la massima potenza acustica del woofer. • 35AC-021 "Estonia" - quasi l'AH più uniforme, ma l'impostazione dell'AI su una frequenza di 45 Hz non consente il pieno utilizzo del potenziale della testata dei bassi. Sarebbe vantaggioso aumentare il volume del case del 15-20% e ridurre la frequenza di sintonizzazione AI a 21-27 Hz. 75AC-001 "Corvette" - non ha un calo alla frequenza di 180 Hz di 3 dB, ma un aumento alla frequenza di 90-95 Hz di 3 dB, causato dal conseguente fattore di qualità degli altoparlanti, pari a 1,3 -1,4 a causa del piccolo volume del case. La potenza acustica degli altoparlanti alle basse frequenze è fornita solo da una testina a bassa frequenza di alta qualità 100GDN-3. Si consiglia di utilizzare il correttore AI e AH. Pertanto, se il fattore di qualità risultante dell'altoparlante è 1,1 ... 2, ad es. su AX AU c'è un aumento di +1 ... 6 dB nella regione di 60-110 Hz (ovvi segni di "borbottio"), e il volume dell'AU è almeno 2-3 volte inferiore al volume equivalente del carico a bassa frequenza Vas, ovvero ha senso applicare la correzione AX sui filtri attivi secondo il Linkwitz Transform Circuit, un esempio del circuito è mostrato in fig. 10 (escluso R4C4R5).
Contemporaneamente alla correzione AX, il circuito fornisce una correzione locale della fase del segnale nella regione al di sotto della frequenza di risonanza, che riduce la distorsione di fase degli altoparlanti. AH e PFC del correttore sono mostrati in fig. 11 e fig. 12. Le caratteristiche sono calcolate per il fattore di qualità di un altoparlante con un volume di 32 litri, pari a 1,8 alla frequenza di 98 Hz per ottenere caratteristiche acustiche orizzontali in termini di pressione sonora da 500 a 32 Hz (-3 dB) con un fattore di qualità risultante pari a 0,71 (testa woofer 6GD-2 , Qts=0,62, Fð=31 Hz). L'AX del correttore ha un aumento di 12 dB per ottava nella regione delle basse frequenze per compensare l'analoga diminuzione dell'AX di un altoparlante chiuso. Ma proprio a queste frequenze, la capacità di sovraccarico di un AS chiuso è bassa. Pertanto, è ottimale utilizzare tale correzione AH per un AU con AI sintonizzato su una frequenza Ffi min. Determinare questo per una centrale nucleare finita (o in costruzione) è abbastanza semplice. Innanzitutto, chiudiamo e sigilliamo l'apertura dell'invertitore di fase e misuriamo il modulo di resistenza della testina a bassa frequenza nell'armadio dell'altoparlante chiuso. Con il valore massimo del modulo di resistenza, determiniamo la frequenza di risonanza della testata a bassa frequenza Fs nel cabinet dell'altoparlante. Quindi apriamo il foro dell'IA e misuriamo nuovamente il modulo di resistenza della testa. Determiniamo la frequenza di risonanza di AI Ff dal minimo del modulo di resistenza. Solitamente, a frequenze superiori e inferiori al minimo trovato, il modulo della resistenza di testa presenta picchi pronunciati. Se Ff è maggiore o uguale a Fs, AI AS è comunque configurato in modo errato. Se Ff è maggiore di Ffi min, allora aumentare la lunghezza del tubo AI in proporzione al quadrato della diminuzione desiderata di Ff e sintonizzare l'AI sulla frequenza Ffi min. Nel caso in cui il tubo AI della lunghezza calcolata non possa essere installato fisicamente nel caso AU, viene utilizzato un tubo di diametro inferiore. Si ritiene che l'installazione di un'altra IA nell'AU, simile a quella esistente, abbassi la frequenza di sintonizzazione dell'IA. Questa opinione è sbagliata. Infatti, la frequenza di sintonizzazione dell'IA aumenta di un fattore sqrt2 con una contemporanea diminuzione della velocità dell'aria all'interno dell'IA, cosa utile in alcuni casi (inoltre, un tubo di diametro inferiore è più rigido). In altre parole, installare due MT identici equivale ad utilizzare un MT della stessa lunghezza con un diametro interno sqrt2 volte maggiore del diametro del tubo di uno dei MT della coppia. Ora è necessario determinare il fattore di qualità risultante del woofer alla frequenza Fs in AU con AI sintonizzato sulla frequenza Ffi min. A casa, è quasi impossibile farlo attraverso la misurazione diretta della risposta in frequenza degli altoparlanti mediante pressione sonora. È molto più semplice e preciso ottenere il valore CA calcolandolo su un PC utilizzando un software specializzato. Tuttavia, qualsiasi metodo di modellazione matematica coinvolge fino a 10-30 parametri noti di una particolare testa dinamica, che, ancora una volta, sono difficili da misurare a casa. Propongo un modo molto semplice per determinare il fattore di qualità degli altoparlanti con una precisione di circa il 10-15%, che richiederà inoltre qualsiasi microfono electret (IEC-3) e un preamplificatore con una risposta in frequenza piatta da 10 a 10000 Hz. Richiudere e sigillare il foro FI AS (se presente). Successivamente, il microfono viene posizionato nelle immediate vicinanze di 2-5 mm dal diffusore della testina a bassa frequenza a una distanza di 2/3 del raggio del diffusore dal suo centro. Un voltmetro CA è collegato all'uscita dell'amplificatore del microfono e un segnale dal generatore AF viene inviato alla testata (attraverso il PA con una risposta in frequenza piatta). La potenza fornita alla testa non deve superare 0,1-0,5 W. Modificando la frequenza del generatore da 500 a 20 Hz, viene costruita la risposta in frequenza dell'altoparlante. Sono convinti della presenza di una "gobba" nella regione Fs e di una pendenza della risposta in frequenza di 12 dB / ottava al di sotto di questa frequenza. Trova il rapporto tra la massima tensione di uscita a una frequenza prossima o leggermente superiore a Fs e la tensione di uscita a una frequenza di 500 Hz. Il valore risultante è al quadrato. Il risultato sarà pari al valore del fattore qualità dei diffusori con FI. Gli aderenti a qualsiasi metodo per ridurre il fattore di qualità del woofer (PAS, impedenza di uscita negativa del PA, ecc.) In questa fase possono scegliere la quantità di materiale fonoassorbente nel caso di un altoparlante chiuso (progettazione PAS, Rout PA valore) per ottenere il valore desiderato del fattore di qualità. Quando si utilizza una quantità significativa di materiale fonoassorbente, ma non superiore a 15 ... 23 g / litro [7], è auspicabile "organizzare" uno spazio libero di 3-5 litri utilizzando un telaio metallico tra FI e la testa a bassa frequenza. Per coloro che possono calcolare o determinare il fattore di qualità di un driver a bassa frequenza (con parametri misurati noti) installato in uno specifico cabinet per altoparlanti, sono preferibili i metodi standard esistenti. I risultati delle misurazioni del fattore di qualità e della frequenza di risonanza della testa in un AS chiuso (Fs) possono essere utilizzati per selezionare le valutazioni del correttore (Fig. 10) solo per il caso in cui l'FI è sintonizzato sulla frequenza Fphi min, a almeno 2 volte inferiore alla frequenza Fs. Procediamo a determinare le valutazioni della fase correttiva RC. Si consiglia l'amplificatore operazionale 157UD2 (per la versione stereo del correttore, il circuito di correzione dell'amplificatore operazionale è per il guadagno unitario). Poiché il calcolo degli elementi del correttore è piuttosto complicato, i risultati del calcolo al computer dei valori RC sono riportati in Tabella 1 per vari valori del fattore di qualità dell'altoparlante e della frequenza Fs=80 Hz. Per altri valori della frequenza Fs, i valori di capacità dei condensatori vengono semplicemente ricalcolati secondo la formula: C1'= 80 C1/P'z.
Allo stesso modo, le capacità dei condensatori C2 e C3 vengono ricalcolate. Puoi lasciare invariate le capacità dei condensatori e ricalcolare allo stesso modo le resistenze V1-VZ. L'unica limitazione è che la resistenza del resistore B2 non deve essere inferiore a 2 kOhm, perché. è il carico principale dell'amplificatore operazionale alle alte frequenze. Quando il correttore viene acceso prima del PA (prima del blocco timbrico), l'effettiva risposta in frequenza del sistema in termini di pressione sonora sarà orizzontale con una tolleranza di ± 2 dB rispetto alla frequenza operativa inferiore (indicata in tabella, salvo a Fphi min <F (-ZdB)), e il fattore di qualità equivalente dell'altoparlante è 0,71, 1. Le classificazioni RC devono essere selezionate con una precisione dell'1,6%. Con valori di AC pari a 4 e superiori (5-6-7-1 righe della Tabella 30), il correttore ha un aumento significativo della risposta in frequenza alle frequenze di 20-13 Hz (16-20-24-XNUMX dB) . Per evitare un evidente sovraccarico di MIND e AS con un segnale reale prelevato dall'uscita del correttore, è consigliabile utilizzare un filtro passa-alto di primo ordine con una frequenza di taglio di 30-35 Hz all'ingresso del MIND ( o blocco di tono). Questo può essere fatto sostituendo (o installando) un condensatore all'ingresso del PA, la cui capacità in nF viene calcolata utilizzando la formula 5000 / Vin., Dove Rin. - impedenza di ingresso del PA (o tone block), kOhm. Il suono degli altoparlanti, la cui risposta in frequenza è corretta nei due modi indicati, non solo ti farà piacere, ma ti stupirà. Finalmente sentirai la completa assenza di colorazione del suono nella gamma delle basse frequenze - non ci sarà alcun "borbottio" in quanto tale. Il controllo dei toni bassi dell'amplificatore funzionerà finalmente come dovrebbe - in modo efficace. Abbastanza sufficiente sarà la profondità del controllo dei toni bassi ± 3-5 dB. Il ritorno sulla pressione sonora alla frequenza operativa inferiore degli altoparlanti sarà il massimo possibile per la testina dinamica a bassa frequenza applicata.
La modellazione e la misurazione diretta delle caratteristiche di testine e altoparlanti (per confermare i risultati dei calcoli) è stata effettuata utilizzando un PC multimediale di classe Intel Pentium III con una scheda audio calibrata (risposta in frequenza 15...17000 Hz ±0,2 dB). Sono stati utilizzati vari software gratuiti, comprese versioni demo di programmi di JBL, Blaupunkt e Peerless (emulatori di generatori di segnale, misuratori di risposta in frequenza del rumore bianco, analizzatori di spettro di rumore rosa 1/2-1/12 di ottava, programmi per calcolare i parametri di altoparlanti chiusi, altoparlanti con FI, ecc.) Le impostazioni del software impostano la risoluzione della frequenza a meno di 0,3 Hz. Inoltre, abbiamo utilizzato: PA 60 W con leggera distorsione nell'intervallo 10-40000 Hz e un microfono electret (completo di preamplificatore) con una risposta in frequenza nota nell'intervallo 30-15000 Hz ±1,0 dB. La correttezza delle conclusioni è stata verificata sperimentalmente come segue. Acquisiti "per l'occasione" altoparlanti chiusi "Bifrons" (Ungheria, Budapest, stabilimento "BEA6", 1975 in poi, volume 36 litri, corpo multistrato in legno massello riempito con ovatta 12 g/litro, 9 (!) banda larga teste di tipo BEA6 HX-125-8 con una potenza nominale di 12 W ciascuna e una frequenza di risonanza di 68-71 Hz, Qts = 1,02 ... 1,08) musica classica perfettamente riprodotta, jazz. Non appena si trattava di ascoltare musica rock o elettronica moderna, gli altoparlanti "perdevano" immediatamente le loro posizioni (si tratta di 108 W di potenza nominale e una sensibilità di 88 dB / W * m). La misurazione dei parametri delle testine HX-125-8 e la modellazione degli altoparlanti su un PC hanno mostrato tutti gli svantaggi del design di fabbrica. Con un design chiuso, questi altoparlanti praticamente non potevano emettere nemmeno la potenza che 10MAS-1 sviluppa ad una frequenza di 60 Hz (la risposta in frequenza ha iniziato a diminuire da 110 Hz). La sostituzione di uno dei 9 altoparlanti con un FI (vedi foto) sintonizzato su 38 Hz ha dato risultati sorprendenti. Gli altoparlanti suonavano. Non è così importante confrontare i risultati della misurazione della risposta in frequenza degli altoparlanti prima e dopo l'alterazione (la risposta in frequenza non è praticamente cambiata), quanto il cambiamento nella natura del suono degli altoparlanti - sono diventati "onnivori ". Anche nelle registrazioni dell'orchestra da camera e del coro sono apparse un'ariosità, profondità e chiarezza che prima non esistevano. Inoltre, la risposta in frequenza del sistema nella regione di 35-200 Hz è stata corretta dal filtro attivo descritto, che è attivato all'ingresso PA. Grazie alla correzione della risposta in frequenza e, soprattutto, della risposta di fase, i diffusori hanno iniziato a riprodurre il registro dei bassi con una fedeltà davvero elevata. Nel descrivere il suono degli altoparlanti, è diventato possibile utilizzare epiteti come "correttezza", "elasticità", "potenza", "emotività". Ad esempio, durante la riproduzione del suono di un elicottero in arrivo nell'album dei Pink Floyd The Wall, tutto nella stanza ha iniziato a vibrare. Questo è stato "creato" da 10 watt onesti a frequenze da 40 Hz. Dopo questi miglioramenti, i diffusori hanno preso un degno posto di "leader" nel sistema home theater (credetemi, il subwoofer è diventato irrilevante). Attenzione! Se la potenza di uscita massima del tuo PA supera di tre o più volte la potenza nominale della testina a bassa frequenza dell'altoparlante, ti consiglio di proteggere l'altoparlante dal sovraccarico con un fusibile per una corrente che può essere calcolata usando la formula: testina, Rg - resistenza di testa alla corrente continua. Pubblicazione: cxem.net
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