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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Altoparlante a tre vie con testina W21 EX 001. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Audio Lo scopo dello sviluppo del progetto descritto era quello di creare un altoparlante relativamente piccolo adatto alla ripetizione in condizioni amatoriali con elevate caratteristiche elettroacustiche. Nella scelta delle testine dinamiche, sono stati presi in considerazione i loro parametri elettroacustici, nonché l'esperienza di progettazione di diversi altoparlanti sviluppata dall'autore in precedenza. Per le basse frequenze, è stata scelta una testina dinamica SEAS W21EX 001. All'inizio dello sviluppo, c'è stata un'esperienza positiva nell'utilizzo del W21EX 001 in un altoparlante a due vie di tipo chiuso, che ha fornito una qualità piuttosto elevata di riproduzione delle basse frequenze. Per le medie frequenze è stata scelta una testina SEAS H143 con cono in carta, per le alte frequenze - PEERLESS 810665 senza fluido magnetico, con cupola in tessuto impregnato. Un disegno della cassa dell'altoparlante è mostrato in fig. 1. La custodia ha un volume utile di 28 litri per la testata dei bassi e di 2,7 litri per la testata dei medi. Questi volumi sono riempiti con winterizer sintetico a bassa densità. Per ridurre le vibrazioni, la superficie interna dell'alloggiamento è ricoperta di isolante in idrovetro.
I cuscinetti vengono utilizzati per un'ulteriore smorzamento delle pareti laterali. Le sovrapposizioni hanno selezioni rotonde, nelle quali sono inserite rondelle in gomma, lo spessore supera la profondità delle selezioni di 0,5 mm. I cuscinetti sono fissati alle pareti laterali con viti autofilettanti. Quando i cuscinetti vengono premuti, le rondelle si deformano e si adattano perfettamente alla parete laterale della custodia. La superficie esterna del corpo è rivestita con impiallacciatura di ciliegio, il rivestimento è dipinto con vernice acrilica nera. Sovrapposizioni scure su uno sfondo di impiallacciatura chiara enfatizzano la forma della struttura, conferendo alla cassa un aspetto più armonioso. Vale la pena prestare particolare attenzione alla descrizione del crossover, poiché è un nodo importante in un altoparlante a tre vie. Iniziamo chiarendo alcuni concetti. L'intervallo di frequenza in cui entrambe le testine partecipano alla formazione della risposta in frequenza risultante in termini di pressione sonora è la regione di emissione congiunta delle testine dinamiche e la frequenza di crossover si trova all'interno di questa regione. Con decadimenti simmetrici della risposta in frequenza in termini di pressione sonora, la frequenza di crossover può essere calcolata come media geometrica delle frequenze che definiscono i confini della regione di emissione articolare. Per brevità (a causa della frequente menzione), chiameremo le dipendenze del modulo di impedenza dalla frequenza delle testine dinamiche e delle caratteristiche Z dell'altoparlante. Durante lo sviluppo del crossover, l'obiettivo era quello di garantire la minima risposta in frequenza irregolare dell'altoparlante in termini di pressione sonora. Per simulare il crossover è stato utilizzato il programma LEAR, che consente di lavorare con la risposta in frequenza misurata e le caratteristiche Z delle testine dinamiche. Ciò consente di visualizzare in anteprima il funzionamento di diversi schemi di filtro, ottenendo risultati abbastanza chiari e di scegliere l'opzione più appropriata per l'implementazione. Il programma LEAP dispone di un ottimizzatore che consente di calcolare automaticamente qualsiasi elemento filtrante in base a un determinato criterio (ad esempio, in base all'irregolarità minima della risposta in frequenza in un determinato intervallo di frequenza). I dati iniziali per lo sviluppo di un crossover sono la risposta in frequenza della sensibilità e le caratteristiche Z delle testine dinamiche. Tutte queste caratteristiche vengono misurate nel cabinet dell'altoparlante dopo che il design acustico è stato regolato. Per selezionare le frequenze di crossover ottimali, la risposta in frequenza di tutte le teste è stata misurata utilizzando un microfono situato lungo l'asse della testa a una distanza di 0,5 m, e i risultati sono stati mediati in intervalli di 0,2 ottave. Le caratteristiche Z sono misurate nella modalità del generatore di corrente. Determiniamo approssimativamente le frequenze della sezione in base all'analisi della risposta in frequenza delle testine dinamiche. La risposta in frequenza della testata dei bassi (Fig. 2) presenta un'irregolarità di 3 dB nell'intervallo di frequenza di 60...500 Hz; inoltre, all'aumentare della frequenza, segue un aumento con un massimo alla frequenza di 1,3 kHz. Questa natura della risposta in frequenza non è un problema, poiché in un altoparlante a tre vie è possibile utilizzare una testata dei bassi nella gamma di frequenze non superiore a 600 Hz, dove l'irregolarità della risposta in frequenza è piuttosto piccola.
La risposta in frequenza della testina midrange (Fig. 3) nell'intervallo di frequenza di 600 ... 4000 Hz presenta un'irregolarità di 4 dB. L'irregolarità della risposta in frequenza è caratterizzata da un aumento a una frequenza di 1 kHz e da un calo nell'intervallo da 1,5 a 3 kHz. Quando si sviluppano filtri crossover, è auspicabile ridurre l'irregolarità della risposta in frequenza della testina midrange. Per fare ciò, è desiderabile scegliere la frequenza di crossover non lontana dal calo nella sua risposta in frequenza. Scegliamo la frequenza di crossover pari a 3 kHz e verifichiamo come questa sia coerente con i parametri della testina RF.
La risposta in frequenza di questa testina (Fig. 4) nell'intervallo 3 ... 20 kHz ha una non uniformità di 3 dB e la frequenza di risonanza è di circa 950 Hz. Nella progettazione di un filtro si deve tener conto che per proteggere la testina HF dal sovraccarico delle medie frequenze sarà necessario fare in modo che il segnale alla frequenza di 950 Hz sia attenuato di almeno 20 dB. A una frequenza di crossover di 3 kHz, l'attenuazione necessaria può essere ottenuta utilizzando un HPF di terzo ordine.
Il circuito crossover è mostrato in fig. 5. I segnali dei bassi vengono inviati al driver W21EX001 attraverso un filtro passa-basso di secondo ordine L4C7, che fornisce una riduzione SPL di 3 dB a 500 Hz. Il circuito R5C8 compensa l'aumento dell'impedenza di testa con l'aumentare della frequenza. Il declino simmetrico nella risposta in frequenza della testina midrange forma un filtro passa-alto di primo ordine in cui opera il condensatore C3.
L'uso di un filtro di primo ordine con il richiesto roll-off di 12 dB per ottava si è rivelato possibile grazie al fatto che l'inizio del naturale roll-off della risposta in frequenza della testata dei medi si è rivelato vicino alla frequenza di crossover. La formazione del decadimento della risposta in frequenza si è verificata come risultato dell'interazione tra la caratteristica di trasferimento del filtro e il naturale decadimento della risposta in frequenza della testina dei medi. Il picco di risonanza sulla caratteristica Z di questa testina è compensato dal circuito della serie L3C6R4. Gli elementi R3 e C5 compensano l'aumento della resistenza della testata dei medi con l'aumentare della frequenza. Nel circuito di compensazione, R4 è selezionato in modo tale che la resistenza attiva totale dell'induttore e del resistore R4 sia di 9 ohm. Sulla fig. 6 mostra i risultati della compensazione della non linearità insita nella caratteristica Z della testina midrange. Il filtro passa-basso di secondo ordine L2C4 genera un roll-off nella risposta in frequenza della testina midrange, che inizia a 2,5 kHz.
Insieme alla testina HF, funziona un HPF di terzo ordine, che a una frequenza di 2,5 kHz fornisce un'attenuazione di 5 dB. Il divisore R1R2 corrisponde alla testata HF in termini di livello di pressione sonora con le testate MF e LF. I parametri degli elementi crossover sono stati selezionati utilizzando l'ottimizzatore del programma LEAP secondo il criterio della minima risposta in frequenza irregolare dell'altoparlante in termini di pressione sonora. Sulla fig. 7 mostra la risposta in frequenza delle testine dinamiche che lavorano insieme ai filtri e la risultante risposta in frequenza dell'altoparlante. Per chiarezza, la risposta in frequenza delle testine dinamiche è ridotta di 1 dB.
La regione di radiazione congiunta delle testine LF e MF è nell'intervallo 400...900 Hz, localizzata simmetricamente rispetto a 600 Hz. Le loro risposte in frequenza di pressione sonora si intersecano a una frequenza di 550 Hz. La regione di radiazione congiunta delle teste MF e HF si trova nell'intervallo di 2,5 ... 4 kHz, situata simmetricamente rispetto a 3,16 kHz. La risposta alla pressione sonora delle testine midrange e treble si intersecano a una frequenza di 2,9 kHz. Sulla fig. 8 mostra le caratteristiche di trasferimento dei filtri.
Considera le loro caratteristiche. Il filtro, lavorando insieme alla testina passa-basso, crea un leggero roll-off nella regione delle basse frequenze. Il rolloff inizia a 50 Hz ea 20 Hz è di 1 dB. Ecco come influisce l'effetto della modifica dell'impedenza della testata dei bassi: l'impedenza diminuisce da 30 a 8 ohm quando la frequenza cambia da 50 a 20 Hz. Il filtro per la testina midrange viene utilizzato oltre a limitare la banda di frequenza operativa e per correggere la risposta in frequenza per la pressione sonora, in relazione a ciò, la sua caratteristica di trasferimento nella banda di trasparenza praticamente non ha una sezione piatta. Di conseguenza, nella banda di frequenza di 1 ... 3 kHz, la risposta in frequenza dell'altoparlante è di 1,5 dB, mentre la testina midrange in questa gamma ha una risposta in frequenza di 4 dB. Il filtro che protegge la testina RF dai segnali a bassa frequenza fuori banda fornisce un'attenuazione di 950 dB a una frequenza di 24 Hz. Il crossover utilizza resistori ceramici a film metallico con una potenza di 5 watt. Condensatori C1, C2, C4 - con un dielettrico in polipropilene per una tensione operativa di 250 V da Solen. Condensatori C3, C5, C7, C8 - film con dielettrico lavsan (MKT assiale) per una tensione operativa di 160 V. C6 - condensatore Jamicon di ossido non polare per una tensione operativa di 35 V. Gli induttori sono avvolti su telai in plexiglas. Il diagramma mostra i valori massimi consentiti delle resistenze attive degli induttori. I dati di avvolgimento delle bobine sono riassunti nella tabella. Ha adottato le seguenti designazioni: D - diametro del telaio; H - altezza di avvolgimento; T - larghezza di avvolgimento; N è il numero di giri; d - diametro del filo.
Sulla fig. 9 mostra la caratteristica Z di un altoparlante. Il modulo minimo di impedenza dell'altoparlante è di 4,3 ohm a 300 Hz. Sopra i 3 kHz si ha un aumento della resistenza, che raggiunge un massimo di 18 ohm a 7 kHz.
Questo aumento di impedenza può portare ad un'accentuata riproduzione delle alte frequenze quando si pilota un altoparlante con un amplificatore valvolare avente un'impedenza di uscita più elevata. Per compensare l'aumento, un circuito in serie R6L5C9 può essere collegato in parallelo con i terminali di ingresso dell'altoparlante (vedere Fig. 5). La caratteristica Z con compensazione del sollevamento è mostrata in fig. 10.
I fan della riduzione del numero di elementi crossover possono escludere la compensazione per il picco risonante della testata dei medi. Sulla fig. 11 mostra la variazione della risposta in frequenza per la pressione sonora di tale testina, che si ottiene a seguito dell'esclusione del circuito di compensazione R4L3C6. Senza compensazione a livello di 12 dB, la diminuzione della risposta in frequenza acquisisce un piccolo "ripiano" nell'intervallo 150...300 Hz. Il cambiamento nel decadimento della risposta in frequenza si verifica principalmente al di fuori della regione di radiazione reciproca e non porta a cambiamenti evidenti nella risposta in frequenza dell'altoparlante. Ad orecchio, è difficile notare un certo deterioramento del suono associato all'esclusione del circuito di compensazione.
L'ascolto dell'altoparlante è stato effettuato con un amplificatore di potenza a transistor. Tutti coloro che hanno partecipato al provino hanno dato feedback positivi, rilevando la buona articolazione dei bassi e il suono neutro nei medi e negli alti. Il suono dell'altoparlante alle basse frequenze è risultato adeguato alle sue dimensioni, ma insufficiente per la riproduzione di alta qualità di programmi in cui le frequenze inferiori a 60 Hz giocano un ruolo significativo. È possibile espandere la gamma di frequenza dell'altoparlante fino a 35 Hz introducendo un invertitore di fase per la testina dinamica W21EX 001. Autore: S.Bat, Mosca
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