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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Calcolo e progettazione di sistemi acustici. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / relatori Cassa senza parete posteriore La frequenza di risonanza principale di un caso del genere
dove I è la profondità della scatola, m; S - superficie del foro, m2. Un aumento della potenza acustica alla frequenza di risonanza principale di 3-6 dB per casse relativamente piatte e di 6-10 dB per casse profonde conferisce al suono studiato un timbro innaturale. Se fI = fG, l'aumento della potenza acustica alle frequenze più basse è più significativo. Si consiglia di utilizzare un altoparlante con frequenza di risonanza inferiore alla frequenza di risonanza della cassa; il rapporto più comune è fG/fY = 0,5 - 0,7. Una custodia senza cover posteriore non è attualmente utilizzata come design acustico nei sistemi di riproduzione di alta qualità. Se non ci sono alternative, il case dovrebbe essere il più piatto possibile. Una custodia senza cover posteriore con altoparlante deve essere posizionata ad almeno 20 cm dal muro, che si consiglia di inumidire con un tappeto pesante. Se l'altoparlante deve essere posizionato lungo una delle pareti, preferibilmente lungo quella corta, più vicino al centro. Calcolo di un caso chiuso L'installazione di un altoparlante in un involucro chiuso di volume sufficientemente grande consente una riproduzione soddisfacente delle basse frequenze, poiché la parte anteriore del diffusore è completamente protetta dalle radiazioni provenienti dalla parte posteriore. Ciò si traduce in una diminuzione più lenta della potenza acustica alle frequenze più basse rispetto a quando si installa un altoparlante in un deflettore acustico di dimensioni finite. La frequenza di risonanza di un altoparlante installato in una cassa chiusa fP di medie dimensioni, a condizione che l'altoparlante occupi meno di un terzo dell'area della parete su cui è montato, è determinata nel seguente ordine: 1) determinare la flessibilità delle sospensioni del sistema di altoparlanti mobili СР; 2) calcolare la flessibilità del volume d'aria nel caso utilizzando la formula
dove V è il volume d'aria nel caso, m3, pari al suo volume interno meno il volume dell'altoparlante, che in prima approssimazione è pari a 0,4 d4; d - diametro del diffusore, m; 3) in relazione a SG/CB utilizzando il nomogramma di fig. 4-20 determinare il rapporto fP / fG fornito da un caso di un dato volume V. La frequenza di risonanza meccanica dell'altoparlante nello schermo acustico può essere desunta dalla tabella. 4-11. Se è necessario utilizzare un altoparlante esistente per creare un sistema acustico sotto forma di una custodia chiusa con una frequenza di risonanza fP, il volume richiesto della custodia viene determinato nel seguente ordine: 1) prendere dalla tabella il valore della frequenza di risonanza dell'altoparlante fG nello schermo acustico. 4-11; 2) determinare la flessibilità delle sospensioni del sistema di altoparlanti mobili SG; 3) impostato il rapporto fP/fG desiderato, determinare secondo il grafico di Fig. 4-20 il corrispondente rapporto SG/SV e trovare la flessibilità richiesta del volume d'aria CD in un contenitore chiuso;
4) calcolare il volume d'aria richiesto all'interno della cassa in metri cubi utilizzando la formula Il volume interno totale della cassa si ottiene sommando il volume dell'altoparlante al valore calcolato V. Se il valore di fG non è noto o è difficile determinarlo in uno schermo acustico di dimensioni sufficientemente grandi, allora è possibile misurare la frequenza di risonanza meccanica dell'altoparlante fB, senza schermo, e utilizzare la curva fP / fB in Fig. . 4-20. Il calcolo di cui sopra è valido solo per le frequenze f<;40/L (L è la profondità della cassa in metri). A tal proposito, la parte posteriore del cono dell'altoparlante in cassa chiusa deve essere protetta dalle onde sonore riflesse dalle pareti interne, corrispondenti alle frequenze più alte, ricoprendo tali pareti con materiale fonoassorbente. Le dimensioni della cassa chiusa possono essere ridotte riempiendola con lana di vetro o materiale simile. Tale riempimento equivale ad aumentare il volume della cassa del 40%.
Se la frequenza /p ottenuta dal calcolo è sufficientemente bassa, allora l'altoparlante dovrebbe avere Q circa 1. Se la frequenza fP è inaccettabilmente alta, allora si ottengono buoni risultati riducendo il fattore di qualità ad un valore Q di circa 0,1; in questo caso, ovviamente, è necessario alzare le frequenze più basse nell'amplificatore di circa 6 dB/ottava partendo dalla frequenza
Calcolo dell'invertitore di fase Il bass reflex è una custodia 1 (Fig. 4-21) con un foro aggiuntivo 3, situato accanto all'altoparlante 2 montato sulla stessa parete e avente un'area, di regola, uguale all'area del diffusore. Dopo aver specificato la profondità del foro di inversione di fase, il rapporto tra i suoi lati, calcolando l'area effettiva del diffusore (determinando l'area del foro) e prendendo la frequenza di risonanza dell'invertitore di fase fФ = fГ, secondo il nomogramma in Fig. 4-22 è possibile determinare il volume richiesto della custodia.
La distanza dall'estremità del tunnel alla parete posteriore del box non deve essere inferiore a dG /2. Alla frequenza fФ il bass reflex può essere considerato come un trasformatore acustico che migliora l'adattamento dell'altoparlante al carico d'aria. Sebbene a questa frequenza la potenza acustica erogata dalla parte anteriore del cono diminuisca, la potenza acustica complessiva può aumentare in modo significativo. Allo stesso tempo, le distorsioni non lineari vengono significativamente ridotte e la potenza nominale dell'altoparlante aumenta a causa della diminuzione dell'ampiezza dello spostamento del cono.
La profondità del foro invertito di fase può variare dallo spessore della parete della cassa (Fig. 4-21, a) ad un valore pari a circa 30 / fF quando si utilizza il tunnel 5 (Fig. 4-21, b). La notevole lunghezza del tunnel permette l'utilizzo di un piccolo box. A frequenze inferiori a fF, la risposta di flessibilità del volume d'aria aumenta e forma una connessione rigida tra la massa d'aria nel foro e la massa del sistema mobile dell'altoparlante. La massa d'aria, così, si somma alla massa del sistema mobile e, insieme alla flessibilità delle sospensioni, forma un circuito meccanico con frequenza di risonanza f1 < fФ . Quando il diffusore si sposta in avanti a questa frequenza, l'aria nel foro si sposta all'indietro (e viceversa) e l'efficienza dell'irraggiamento è trascurabile. A frequenze superiori a fФ, la resistenza della massa d'aria nel foro diventa elevata e il bass reflex può essere considerato come un caso completamente chiuso. La rigidità del volume d'aria si somma alla rigidità delle sospensioni e forma, insieme alla massa del sistema in movimento, un circuito con frequenza di risonanza f2 > fФ. L'emissione dal buco invertito di fase alla frequenza f2 è molto piccola. L'impedenza elettrica totale dell'altoparlante RG in un bass reflex di solito ha due massimi (curva continua in Fig. 4-23) alle frequenze f1 e f2, situati su entrambi i lati della frequenza di risonanza dell'altoparlante in uno schermo acustico piatto fG ( linea tratteggiata in Fig. 4-23, dove R è la resistenza della bobina dell'altoparlante alla corrente continua).
I picchi di impedenza dell'altoparlante nel bass reflex sono significativamente inferiori al picco dell'altoparlante nello schermo acustico, ma i valori corrispondenti di Q1 e Q2 sono superiori al Qr dell'altoparlante nello schermo acustico. Questo svantaggio è particolarmente pronunciato alla frequenza f1, poiché un aumento della velocità di movimento del diffusore porta ad un aumento delle distorsioni non lineari, la cui percettibilità è facilitata dall'assenza di radiazione utile a questa frequenza. Questo fenomeno può essere contrastato limitando la potenza di uscita dell'amplificatore a frequenze vicine a f1. Se si desidera che la risposta in frequenza dell'altoparlante nell'invertitore di fase sia orizzontale nella parte inferiore della gamma di frequenza operativa, a partire da /r, allora deve essere soddisfatta la condizione Qr = 0,6. Con un aumento di QG, il valore di Qg aumenta e il valore di QF diminuisce, causando una risposta in frequenza non uniforme. Se non è possibile ridurre Qr, è necessario almeno sopprimere il picco della risposta in frequenza alla frequenza f2, che si verifica a QG > 0,6. Ciò si ottiene introducendo nella scatola del materiale fonoassorbente 4 (vedi Fig. 4-21). A volte l'intero volume è riempito di lana di vetro. In questo caso, l'area del foro di fase invertita, ottenuta per calcolo dal nomogramma di Fig. 4-22 dovrebbe essere aumentato di 2,5 volte. L'introduzione di una grande quantità di materiale fonoassorbente nel bass reflex porta ad un indebolimento della radiazione a bassa frequenza, e se si vuole estendere la caratteristica verso queste frequenze, almeno fino a fG, è necessario assicurare un aumento significativo nelle basse frequenze nell'amplificatore. L'invertitore di fase viene sintonizzato modificando l'area del foro (ad esempio da una piastra fissata in modo che la sua rotazione cambi l'area del foro) o la profondità del tunnel. È necessario adoperarsi per garantire che l'intervallo di frequenza che separa i picchi di impedenza risonante non differisca in modo significativo dall'ottava; le ampiezze di picco erano uguali; eventuali picchi aggiuntivi causati dalle onde stazionarie nella cassa sono stati eliminati aggiungendo materiale smorzante. Il vantaggio di un inverter di fase rispetto a una scatola chiusa dello stesso volume è un aumento della potenza acustica di circa 5 dB nell'intervallo da una a due ottave e una diminuzione della distorsione non lineare nell'intervallo di frequenza fФ - 2 / f alla stessa potenza acustica. Lo svantaggio del bass reflex è una diminuzione più rapida della potenza acustica alle frequenze inferiori a fФ rispetto a una scatola chiusa e la necessità di accordatura. Costruzione del caso Nel caso in cui l'altoparlante sia montato, è possibile la risonanza su una o più frequenze della gamma sonora, portando ad uno spiacevole cambiamento nel timbro di riproduzione del suono. Questo fenomeno è più pronunciato nei casi parzialmente o completamente chiusi. L'utilizzo di materiali ad alta densità contribuisce alla riduzione delle vibrazioni della parete. Il compensato utilizzato per questi scopi deve avere uno spessore minimo di 20 mm. Un buon risultato è dato dalla sabbia di fiume secca, versata tra due sottili lastre di compensato. Le pareti, specie quella posteriore e in parte quella anteriore, devono essere rinforzate con blocchi di legno. È possibile utilizzare truciolare. Smorzamento della parete della cassa Le superfici interne dell'involucro 1 (Fig. 4-24) sono ricoperte da uno strato di materiale fonoassorbente 6 dello spessore di almeno 10 mm (o da una delle coppie di superfici parallele con uno strato di doppio spessore). Tuttavia, le onde stazionarie a frequenze più basse non vengono eliminate. Il miglior risultato si ottiene dividendo il volume della custodia per una o più partizioni fonoassorbenti 2, ad esempio da feltro di 5-10 mm di spessore. Le sezioni della scatola che sono separate dall'altoparlante da una o più partizioni in questo caso richiedono un trattamento acustico minimo. Il tweeter 4 deve essere protetto dalle radiazioni provenienti dalla parte posteriore del cono del woofer con più strati di materiale fonoassorbente, oppure con un cappuccio metallico 5. Il woofer 3 è posizionato nella parte inferiore del case.
Posizionamento degli altoparlanti Il foro in cui è posizionato l'altoparlante si comporta come un tubo, la cui lunghezza è uguale allo spessore della parete o del pannello. Le risonanze e le antirisonanze di questo tubo, così come i riflessi dai bordi del foro, causano una risposta in frequenza irregolare. Consigli ovvi sono smussare i bordi del foro o montare l'altoparlante in uno schermo più sottile, che viene poi posizionato in una parete o in uno schermo di spessore normale.
Forma del cassetto Alle frequenze più basse, l'altoparlante irradia onde sferiche e i bordi della cassa, in particolare quelli che costituiscono la parete frontale, formano ostacoli nel percorso delle onde sonore. Ciò provoca una distorsione del fronte d'onda (diffrazione) e una radiazione secondaria dai bordi, che porta a fenomeni di interferenza, provocando picchi e cali fino a ± 5 dB nella risposta in frequenza. Dal punto di vista della lotta alle radiazioni secondarie, la forma ideale è una sfera, la peggiore è un cubo con un altoparlante al centro di uno dei lati. Un cubo rettangolare con un altoparlante posizionato più vicino a uno dei lati corti è preferibile a un cubo. Tuttavia, la migliore approssimazione all'ideale è data da un tronco piramidale rettangolare posto su un parallelepipedo rettangolare (Fig. 4-25). Per qualsiasi forma, è auspicabile che la scatola abbia diversi valori di dimensioni lineari; nessuna delle dimensioni lineari era molto più grande o molto più piccola delle altre; la dimensione della scatola più grande non deve superare 1/4 di lunghezza d'onda della frequenza inferiore dell'intervallo operativo. tessuto decorativo non dovrebbe causare una significativa perdita di potenza acustica. Il tessuto più adatto è costituito da fili duri, resistenti (cotone o plastica) a trama larga. L'uso di tessuti realizzati con fili morbidi e soffici è indesiderabile. Raggruppamento e fasatura degli altoparlanti Un collegamento di gruppo è formato da più altoparlanti identici posizionati uno accanto all'altro in uno schermo acustico. Un gruppo di altoparlanti ha un'ampia area di radiazione alle frequenze più basse (che richiederebbe un aumento significativo delle dimensioni e del peso del sistema in movimento quando si utilizza un solo altoparlante); Allo stesso tempo, vengono mantenuti i vantaggi di un altoparlante separato con un sistema di movimento relativamente leggero, in termini di modalità transitoria e riproduzione delle alte frequenze. La resistenza dell'aria alle radiazioni di ciascun altoparlante del gruppo aumenta alle frequenze più basse di un fattore n (ha è il numero di altoparlanti nel gruppo). Ciò consentirebbe di ottenere un notevole guadagno di potenza acustica se la massa dell'aria oscillante non aumentasse contemporaneamente della radice quadrata di n volte. Di conseguenza, a n == 2 -:- 4, la potenza acustica aumenta significativamente, ma non ancora di un fattore n (a parità di potenza elettrica), e un ulteriore aumento di n non dà quasi nessun guadagno. Un aumento della massa dell'aria oscillante abbassa le frequenze di risonanza di ciascun altoparlante del gruppo e, di conseguenza, amplia la gamma di frequenze operative, soprattutto in modo significativo a i. La connessione più soddisfacente degli altoparlanti in un gruppo è quella parallela; allora Q del sistema non differirà da QG. Se è necessario che la resistenza del gruppo sia uguale alla resistenza di un altoparlante, quindi dal punto di vista del miglior Q del gruppo, è meglio utilizzare un collegamento serie-parallelo di altoparlanti (il cui numero dovrebbe essere uguale a n2, dove n = 1, 2, 3 ...). Ogni volta che gli altoparlanti sono collegati in gruppo, devono essere opportunamente sfasati: quando ai terminali di ingresso è collegata una sorgente CC (come una batteria a basso voltaggio), i coni di tutti gli altoparlanti devono essere spostati nella stessa direzione. La modifica della direzione di spostamento del diffusore dell'altoparlante viene eseguita modificando l'ordine di accensione delle sue estremità di ingresso. Se è difficile posizionare un gruppo di altoparlanti in una scatola chiusa - il volume richiesto della custodia, secondo il calcolo, risulta essere inaccettabilmente grande, quindi gli altoparlanti possono essere collocati in un piccolo schermo acustico o in una scatola più piccola riempita di materiale assorbente materiale, compensando l'attenuazione della radiazione alle basse frequenze mediante un'opportuna correzione nell'amplificatore. Gli svantaggi della connessione di gruppo includono una significativa irregolarità nella risposta in frequenza e nelle caratteristiche di direttività alle frequenze più alte. Altoparlanti a due e tre vie Selezione dei relatori. La riproduzione del suono di classe I può essere generalmente ottenuta utilizzando un altoparlante a gamma completa, come 4GD4, 4GD7 o 4GD28, o dividendo l'intera gamma di frequenze corrispondente a questa classe in due bande. Per garantire una riproduzione del suono con una qualità della classe "più alta", è necessario dividere l'intera gamma in tre bande. La gamma di frequenza nominale di un altoparlante destinato a riprodurre una banda particolare dovrebbe essere due ottave più ampia di questa banda quando si utilizzano filtri con una pendenza di 6 dB/ottava e un'ottava quando si utilizzano filtri con una pendenza di 12 dB/ottava. La frequenza di crossover di un sistema a due vie viene solitamente scelta tra 400 e 1 Hz. In un sistema a tre vie, il collegamento a bassa frequenza può funzionare fino a 200-300 Hz, il collegamento a media frequenza fino a 600-2 Hz. Vicino alla frequenza di crossover, c'è spesso una distorsione significativa causata dall'interazione degli altoparlanti. Se le distanze da ciascuno degli altoparlanti all'ascoltatore sono disuguali, la risposta in frequenza del sistema potrebbe presentare irregolarità significative, determinate dalle relazioni di fase dei segnali in ingresso. Filtri di separazione. Il modo più semplice per collegare un tweeter è attraverso un condensatore che protegge il tweeter dal sovraccarico alle basse frequenze. Questa inclusione viene utilizzata quando l'altoparlante principale non ha una gamma di frequenze sufficientemente ampia. La capacità del condensatore è calcolata dalla formula
dove fP è la frequenza di crossover, Hz; RP - impedenza dell'altoparlante alla frequenza fР, Ohm. Con un filtro opportunamente costruito, ogni altoparlante dovrebbe funzionare solo nella gamma di frequenza per la quale è stato progettato. La perdita del filtro nella banda passante dovrebbe essere la più bassa possibile. L'induttanza e la capacità del filtro a diverse pendenze di taglio, che è definita come la variazione dell'attenuazione al variare della frequenza per ottava, sono calcolate utilizzando le seguenti formule.
Per una pendenza di 6 dB/ottava (filtro su diagramma in fig. 4-26) Per una pendenza di 12dB/ottava (filtro come mostrato nella Figura 4-27)
Nelle formule (4-11) e (4-12), le induttanze hanno la dimensione di millihenry e capacità - microfarad.
Sulla base del calcolo, vengono selezionati i condensatori con le capacità standard nominali elevate più vicine. Per selezionare la capacità è possibile collegare più condensatori in parallelo. Ovviamente, se la capacità del condensatore si discosta dal valore ottenuto dal calcolo, la frequenza di separazione sarà diversa da quella specificata.
Se il filtro necessita di capacità dell'ordine di decine di microfarad e superiori, è consigliabile utilizzare condensatori elettrolitici per ridurne le dimensioni. Poiché questi ultimi sono polari e funzioneranno in un circuito a corrente alternata, in ogni collegamento del filtro sarà necessario utilizzare due condensatori back-to-back, ognuno dei quali dovrebbe avere una capacità il più vicino possibile a quella ottenuta per calcolo. Nelle sezioni del filtro crossover di un amplificatore a transistor senza trasformatore, è possibile utilizzare un condensatore elettrolitico, osservando la corretta polarità della loro inclusione. Il filtro per l'unità acustica a tre vie (Figura 4-28) è una combinazione dei due filtri discussi sopra. Il primo separa la regione delle basse frequenze dalla regione delle medie frequenze; quest'ultimo viene poi diviso per il secondo filtro. Entrambi i filtri non devono avere la stessa pendenza di taglio; dovrebbero essere calcolati solo per una resistenza.
Il metodo di calcolo dei filtri crossover si basa sull'ipotesi di uguaglianza e natura attiva degli altoparlanti nelle bande separate. Poiché l'impedenza dell'altoparlante alla frequenza di crossover può avere una componente induttiva significativa, per evitare distorsioni di frequenza nella regione di sovrapposizione, è necessario tenere conto dell'induttanza degli altoparlanti di media e bassa frequenza durante il calcolo come parte del filtro, cioè realizzare una bobina di filtro collegata in serie all'altoparlante con un'induttanza inferiore a quella calcolata sull'induttanza dell'altoparlante. Se le impedenze degli altoparlanti nei collegamenti di un sistema multibanda non sono uguali, si dovrebbe provare a selezionare impedenze uguali dei collegamenti mediante un collegamento di gruppo (è accettabile un collegamento in serie di altoparlanti ad alta frequenza). Il collegamento in parallelo di due o tre tweeter consente di utilizzarli in combinazione con quasi tutti i woofer. Una possibile discrepanza nei valori di impedenza dei collegamenti del sistema acustico può essere eliminata aumentando l'impedenza di ingresso del collegamento ad alta frequenza utilizzando un partitore di tensione costituito da resistori. Se vengono utilizzati più altoparlanti ad alta frequenza in un sistema a due o tre collegamenti (ad esempio 1GD-3), è necessario posizionarli nella custodia in modo tale che l'angolo tra i loro assi sul piano orizzontale sia di circa 20-30 °. Se in un sistema di riproduzione del suono multibanda viene utilizzato un solo tweeter, che ha un'impedenza maggiore di quella del woofer, per equalizzare la resistenza di carico del filtro crossover nella regione degli acuti, il tweeter dovrebbe essere deviato con un resistore della resistenza appropriata. Sistemi di altoparlanti stereo Gli altoparlanti di un impianto stereo a due canali devono essere rigorosamente identici. Dovrebbero essere posizionati secondo la Fig. 4-29, dove la zona dell'effetto stereofonico ottimale è ombreggiata.
L'orientamento degli altoparlanti dipende dalle loro caratteristiche di direttività e deve essere determinato sperimentalmente. Gli assi degli altoparlanti non devono intersecarsi nell'area di ascolto. Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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Commenti sull'articolo: Anatoly Un articolo molto utile per la progettazione di altoparlanti reali. Eugene A. Articolo istruttivo e utile. Molto è chiaro. Grazie all'autore! Dmitry Quando ero piccolo, era già un libro molto vecchio. Grazie comunque, sorrise. Igor Eccellente! Continuate così! ospite Il classico non invecchia mai. Grazie per la raccolta.
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