Diploma Audiofilkina: programa educacional em design acústico

O artigo anterior sobre a caixa fechada mostrou que alguns leitores têm dúvidas sobre as diferenças entre os diferentes tipos de acústica. As pessoas se perguntam o que é uma caixa fechada em geral, qual a diferença de um design bass reflex e de outros tipos. A maioria dos participantes da pesquisa respondeu que, ao comprar um alto-falante, em princípio, eles não se interessarão por design acústico.







Acho que não será supérfluo focar a atenção dos leitores nos principais pontos fortes e fracos dos vários tipos de design acústico e conduzir um pequeno programa educacional sobre o assunto. Desta vez, não tocarei em tipos muito raros e exóticos, mas tentarei descrever em detalhes comparativos as vantagens e desvantagens dos mais comuns. A parte da postagem dedicada a ZJ é uma resposta à pergunta feita porcovil, que não entendia por que "Audiófilos e ricos pretensiosos são estragados por soluções mais sofisticadas, e a classe média não está pronta para sacrificar o volume de apartamentos pequenos".



Resumidamente sobre a dependência do som no gabinete do alto-falante



O projeto acústico do invólucro afeta principalmente a resposta de frequência, bem como alguns outros parâmetros. Dependendo dos cálculos e do desenho escolhido, esse efeito pode melhorar ou piorar a fidelidade da reprodução. Qualquer solução em acústica é uma espécie de compromisso entre a praticidade (e muitas vezes a estética da forma) e soluções de engenharia que buscam melhorar a fidelidade de reprodução. O problema da fidelidade de reprodução repousa nas leis da física que o limitam, o design acústico é uma tentativa dos engenheiros de reduzir a influência de fatores que agravam a fidelidade de reprodução, ao mesmo tempo em que obtém propriedades operacionais aceitáveis ​​para o usuário final.



Suponho que a maioria dos leitores saiba que sem design os alto-falantes não soarão bem - haverá um assim chamado. curto-circuito acústico. A onda de pressão reproduzida pelo alto-falante com comprimento compatível com as dimensões do difusor é compensada pela rarefação de ar da parte traseira do difusor.



O sistema de alto-falantes ideal é uma parede sem fim. Se a região do ideal não for afetada, o caminho do centro do lado externo do difusor até seu centro na parte traseira do difusor deve ter mais da metade do comprimento máximo da onda sonora emitida. Especialmente muitos problemas surgem aqui com baixas frequências. Portanto, a 20 Hz (o limite inferior de percepção), o comprimento de onda é pouco mais de 17 metros. Naturalmente, o alto-falante na forma de uma parede desse tamanho é um pouco grande para uma série comercial. Por isso, não se constroem paredes, mas preferem-se caixas, que não resolvem completamente os problemas, mas são capazes de compensá-los em grande parte.



Existem problemas não apenas com o curto-circuito acústico, mas também com outras propriedades do alto-falante. Por exemplo, qualquer alto-falante tem uma frequência ressonante, abaixo da qual há uma queda acentuada na resposta de frequência, aprox. 12 dB por oitava. Ao operar na frequência de ressonância, ocorre muita distorção harmônica. É impossível resolver o problema do roll-off da resposta em frequência e distorções não lineares por uma diminuição muito acentuada na frequência ressonante, uma vez que a enorme amplitude das oscilações ressonantes quebrará o difusor.



É conhecido que a amplitude de vibração de um difusor é inversamente proporcional ao quadrado da frequência, ou seja, a uma pressão de som igual em 50 Hz, a amplitude será de 4 mm e em 25 Hz -16 mm. Assim, quanto maior o difusor, menor pode ser a frequência de ressonância com oscilações relativamente seguras para o alto-falante. Em outras palavras, quanto menor a frequência de ressonância do alto-falante, melhor.



Ressonâncias e forma do corpo



Todos os gabinetes de alto-falantes são ressonadores de cavidade (seja uma caixa aberta, FI, ZY ou labirinto), que possuem um grande número de ressonâncias naturais. Isso é visto claramente na fórmula para calcular ressonâncias para uma caixa fechada:







onde a, b e l são os lados do corpo do ressonador e m, n e g são números inteiros. As



ressonâncias são determinadas por ondas estacionárias que aparecem dentro do corpo, o que afeta significativamente a resposta de frequência, como regra, não da melhor maneira. Para removê-los, use os mesmos amortecedores que reduzem o fator Q das ressonâncias, mas eles não são completamente removidos.



Podemos dizer que as ressonâncias dependem diretamente do formato da caixa, caso contrário, da relação de aspecto. A forma de pilar retangular popular hoje é extremamente infeliz quando se trata de ressonâncias de gabinete. E a forma do cubo, ao contrário, permite que você espalhe as ressonâncias por toda a resposta de frequência e as torne menos perceptíveis. Uma forma esférica do corpo também é algumas vezes usada para ZP e FI, o que evita a formação de ondas estacionárias, mas também não é capaz de eliminá-las completamente.



Algumas palavras sobre a caixa aberta



Apesar do fato de que hoje esse design é difícil de encontrar em dispositivos produzidos em massa, ele tem uma vantagem única. Uma caixa aberta não afeta a frequência de ressonância do alto-falante. Foi por esse recurso que ele foi amado no passado. O grande problema da caixa aberta são suas dimensões impressionantes. Sem eles, não é capaz de reproduzir baixas frequências com pressão sonora suficiente. Por esta razão, essas caixas acústicas hoje são principalmente o lote de amadores e alfaiates que as produzem como modelos de gênero para música, cujo limite inferior da faixa de frequência termina na região de 200 - 300 Hz. Um painel de impedância acústica na forma de uma parede traseira fina perfurada foi usado como um amortecedor acústico em caixas abertas.



Benefícios:

  • Não afeta a frequência de ressonância do alto-falante
  • tem baixas ressonâncias intrínsecas




Desvantagens:

  • Tamanhos grandes
  • Limitações no limite inferior da faixa de frequência aprox. 300 Hz.
  • Quase impossível de encontrar




Caixa fechada



A caixa fechada é um invólucro que isola completamente o alto-falante do volume interno. O desenho da caixa fechada leva a um aumento na frequência de ressonância da cabeça dinâmica, pois além da rigidez da suspensão do difusor, a elasticidade do ar no volume interno da caixa passa a influenciar. Quanto menor for o volume, maior será a frequência de ressonância.

A primeira opção para uma caixa fechada é tornar o volume da caixa tão grande que não possa afetar significativamente a frequência de ressonância do alto-falante.



A segunda versão da caixa fechada foi proposta por Edgar Vilchur. Ele chamou a atenção para o fato de que a linearidade da mola a gás, que na verdade era ar em volume fechado, é maior do que a linearidade da suspensão do difusor. Wilchur foi o primeiro a propor a redução da rigidez da suspensão do difusor ao máximo, a fim de realmente substituir a suspensão mecânica por uma pneumática, tanto quanto possível. E assim aumentar a linearidade.





Fragmento do pedido de patente de Edgar Vilchur para uma caixa fechada



Ambas as opções, como tudo na acústica, têm suas próprias vantagens e desvantagens. A variante de Vilchur não permitiu reduzir a distorção harmônica, já que o difusor não pode ser mantido apenas no ar, e as partes mecânicas são preservadas na estrutura, deixando o volume interno assumir parte da função de suspensão. Além disso, descobriu-se que em pequenos volumes e na operação de pistão, o ar também é não linear. Para evitar tal não linearidade, o volume da caixa deve ser igual ao volume da sala em que está localizada. Isso praticamente nega todas as vantagens da variante Wilchur.



A versão com grande volume não requer condições especiais para o design da caixa acústica e funciona comparativamente bem, tendo dimensões um pouco menores que uma caixa aberta com igual SPL (pressão sonora) em baixas frequências. Nesse caso, o limite da faixa de frequência na baixa frequência, com dimensões menores, pode ser significativamente menor do que em uma caixa aberta. Para suavizar a resposta de frequência curvada, amortecedores de som são usados.



Vantagens:

  • O limite inferior da faixa de frequência é de 65 Hz (e abaixo com dimensões adequadas)
  • Menor que a gaveta aberta
  • A resposta de frequência, como regra, é mais suave do que as opções do inversor de fase




Desvantagens:

  • Com características competitivas, um corpo realmente grande (2-3 vezes maior que o de um PHI com SPL igual na frequência baixa e no limite inferior da faixa de frequência)
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O princípio da acústica FI é familiar para muitos. As fases de oscilação interna e externa na mesma caixa fechada são opostas. A instalação no corpo de um tubo de determinado comprimento permite girar a fase em 180 graus. Assim, na saída do tubo inversor de fase, o som em sua frequência ressonante fica em fase com o som de fora do difusor, eles se somam e a pressão sonora aumenta.



A presença de ressonância adicional aumenta a taxa de resposta de frequência em 6 dB por oitava. Em tubos insuficientemente largos, surgem vórtices devido à alta velocidade da circulação do ar, que se reflete no som na forma de sons estranhos pronunciados e distorções não lineares adicionais. Também em FI, muitas vezes há os chamados. ressonâncias de médios de órgãos, turbulentas e outros tons. Livrar-se de todas essas "delícias" vale muito esforço da parteengenheiros de construtores de colunas . Por este motivo, podemos dizer que a acústica PHI, por toda a sua popularidade, é a mais problemática.



É absolutamente impossível comprar acústica FI sem primeiro visitar o showroom e ouvir, pois você pode encontrar caixas de som muito bonitas, mas que fazem barulho.



Diante do exposto, não há necessidade de falar sobre a acústica PHI como uma espécie de solução universal. A principal vantagem é a reprodução aprimorada de baixas frequências na frequência de ressonância do FI, para a qual o usuário paga com a linearidade da resposta de frequência, uma alta probabilidade de problemas de ressonância e sobretons estranhos.



Vantagens:

  • Baixo alto
  • Tamanho pequeno
  • Muito comum


Desvantagens:

  • Risco de aumento de kg
  • Resposta de frequência de falha entre res. frequência FI e res. freqüência do alto-falante
  • Ressonâncias e sobretons parasitas
  • Resolver problemas de design inatos é caro e, às vezes, de alta tecnologia




Linha de transmissão



Esta é uma das opções para acústica de labirinto, sobre a qual escrevi em detalhes aqui.



Eventualmente



Assim, os tipos mais simples e menos problemáticos de acústica de um ponto de vista acústico requerem mais volume e quaisquer truques, em particular a inversão de fase, são repletos de distorção e sobretons. Do exposto, podemos concluir que o mercado opta por alto-falantes, ou, mais precisamente, graves de dimensões menores, e praticamente ignora decisões lógicas que implicam em maior fidelidade de reprodução.



90% das caixas acústicas domésticas para o mercado de hi-fi produzidas atualmente no mundo são caixas de som bass reflex, principalmente de dois tipos: colunas de piso e pequenas estantes. Para algumas pessoas, o problema com o FI é resolvido pelos plugues que fecham o FI, o que transforma o AC em um PS.



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Recomendo fortemente aos leitores as fontes das quais extraí informações para este e outros artigos:

Aldoshin "Fundamentos da psicoacústica"

Canal do Youtube Alexander Shcherbin também conhecido como ensemb

Canal do Youtube stalker29218

Aldoshina IA, Voishvillo AG Alto-falantes e drivers de alta qualidade



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