Invertitore di fase acustico. Schema, descrizione

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Invertitore di fase acustico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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L'implementazione di una riproduzione di alta qualità delle frequenze più basse della gamma audio presenta difficoltà note, a causa delle carenze insite negli altoparlanti in questa gamma di frequenze. I principali sono un aumento del coefficiente di distorsione armonica dell'altoparlante a frequenze audio inferiori, la presenza di un picco di risonanza del sistema in movimento e un calo dell'efficienza della radiazione con una frequenza decrescente.

Se si installa l'altoparlante su uno schermo o in una grande scatola, l'uscita dell'altoparlante alle basse frequenze aumenta in modo significativo. Tuttavia, quando si lavora su uno scudo di grandi dimensioni, l'altoparlante ha una pronunciata risonanza naturale del sistema in movimento e distorsioni non lineari piuttosto grandi.

L'elevato valore della distorsione non lineare dell'altoparlante alle basse frequenze è dovuto, come è noto, al fatto che a parità di potenza fornita all'altoparlante, l'ampiezza delle oscillazioni del sistema in movimento aumenta al diminuire della frequenza. Poiché la conformità delle ondulazioni è limitata, ciò pone un limite all'aumento dell'ampiezza delle oscillazioni: si verificano distorsioni non lineari.

Il ruolo negativo dell'autorisonanza di un sistema mobile è stato più volte considerato in letteratura.

Per migliorare le prestazioni dell'altoparlante alle frequenze più basse, è possibile utilizzare un invertitore di fase acustico.

Consideriamo in termini generali il principio di funzionamento di un inverter di fase. L'altoparlante è installato in una scatola ben chiusa su tutti i lati. La scatola è dotata di un foro per l'installazione di un altoparlante e di un ulteriore foro con cui termina il tratto di tubo, come mostrato in figura.

Basso riflesso acustico

L'elasticità dell'aria nel volume della scatola e la massa d'aria nel tubo formano un sistema oscillatorio che ha una propria risonanza meccanica alla frequenza f0. Questo sistema oscillatorio, quando l'altoparlante è in funzione, carica il sistema mobile.

In un tale dispositivo, la radiazione dall'apertura del tubo coincide in fase con la radiazione dal lato anteriore del diffusore a una frequenza superiore a f0.

Tipicamente, la frequenza f0 viene scelta in modo che coincida con la frequenza della risonanza meccanica del sistema in movimento dell'altoparlante.

L'invertitore di fase riduce la distorsione armonica alle frequenze più basse e attenua il picco di risonanza dell'altoparlante. Inoltre, aumenta l'efficienza della radiazione delle frequenze più basse della gamma audio.

La frequenza di sintonia dell'invertitore di fase dipende dal volume della scatola, dall'area del foro (tubo) S e dalla lunghezza del tubo L.

In acustica esiste un'espressione che consente di calcolare il volume di una scatola quando tutte le altre quantità sono note:

In questa espressione c è la velocità del suono e ω0 è la frequenza angolare pari a 2πf0.

Per i calcoli pratici, la formula è più conveniente:

qui tutte le dimensioni sono espresse in centimetri, e si tiene conto anche del volume occupato dal tubo. Il volume della cassa così calcolato va aumentato del volume occupato dall'altoparlante e dalla copertura assorbente.

La scatola per l'invertitore di fase non deve essere necessariamente rettangolare, può anche essere realizzata sotto forma di un prisma triedrico per una struttura angolare o realizzata in qualche altra forma adatta. Tuttavia, non dovrebbe essere troppo alto rispetto alle dimensioni trasversali.

L'area dell'apertura del tubo è considerata uguale all'area dell'apertura radiante del diffusore, che può essere definita come l'area di un cerchio tracciato al centro della larghezza delle corrugazioni.

Due altoparlanti possono essere installati in un inverter di fase se i loro parametri differiscono poco l'uno dall'altro.

L'uso di due altoparlanti fornirà una risposta in frequenza più uniforme. Inoltre, l'efficienza del sistema è migliorata, poiché la potenza erogata agli altoparlanti è raddoppiata, mentre la potenza irradiata è quasi quadruplicata se gli altoparlanti sono posti abbastanza vicini tra loro.

Quando vengono utilizzati due altoparlanti, l'area dell'apertura del tubo è considerata . la somma delle aree delle aperture radianti di entrambi gli altoparlanti.

L'invertitore di fase in questo caso è calcolato per una frequenza pari alla radice quadrata del prodotto delle frequenze di risonanza degli altoparlanti.

La scatola bass reflex deve essere realizzata in legno massello o compensato con uno spessore di 15-20 mm, altrimenti la qualità di riproduzione si deteriorerà.

Per evitare risonanze parassite all'interno della cassa nella zona delle frequenze sonore medie, è necessario rivestire le pareti laterali e posteriori della cassa, nonché le pareti superiore ed inferiore con uno strato di materiale assorbente (feltro, fibra di vetro, ecc.) 20-40 mm di spessore. È adatta anche la gomma spugna di 10-15 mm di spessore, che non presenta una pellicola continua sulla superficie rivolta verso l'interno della scatola. Tuttavia, il risultato sarà leggermente peggiore rispetto al caso dell'utilizzo del feltro.

In conclusione, si precisa che le apparecchiature (ricevitori, amplificatori) non devono essere collocate all'interno del box dell'invertitore di fase, in quanto, in primo luogo, vi saranno cattive condizioni di raffreddamento delle apparecchiature in un volume chiuso e, in secondo luogo, sarà necessario aumentare ulteriormente il volume della scatola.

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