|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Bas w samochodzie: niestandardowe rozwiązania. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Głośniki Jak minimalnym kosztem rozszerzyć pasmo efektywnie odtwarzalnych częstotliwości w systemie głośników samochodowych? Autor, wielokrotny uczestnik konkursów car audio i niestrudzony eksperymentator, proponuje oryginalne rozwiązania konstrukcyjne (z zastosowaniem wzorów obliczeniowych), które zapewnią zauważalną poprawę „basu” zestawu głośnikowego bez znacznego zmniejszenia głośności użytkowej pnia. Głównym problemem, który pojawia się przy budowie zestawu głośnikowego w samochodzie, jest osłabiona reprodukcja niższych częstotliwości tego zakresu. Gotowy lub domowy subwoofer to najbardziej radykalne rozwiązanie problemu „basu”. Jednak nadwozie w kształcie pudełka zajmuje dużo miejsca w bagażniku, a wbudowane konstrukcje, które powtarzają złożone zakrzywione powierzchnie samochodu, są bardzo pracochłonne w produkcji. Dlatego subwoofery bez pudełek, pomimo ich nieodłącznych wad, są nadal popularne. Ważną rolę odgrywa również prostota rozwiązania - aby zainstalować głośnik (dla kierowców - synonim dynamicznej głowy) na tylnej półce w projekcie free air, nie są wymagane żadne specjalne kwalifikacje. Jednak metoda ta jest odpowiednia tylko dla „prawdziwych” sedanów, których bagażnik jest oddzielony od przedziału pasażerskiego przegrodą. W przeciwnym razie szczelność tej konstrukcji akustycznej jest bardzo warunkowa, a reprodukcja niskich częstotliwości ulega pogorszeniu. Również wymiary półek na tylną szybę ograniczają maksymalny rozmiar głowic dynamicznych, więc głowice okrągłe o średnicy 6,5-8" lub głowice eliptyczne 6x9 (7x10)" stanowią ograniczenie dla większości popularnych pojazdów. Hatchbacki nie mają tego problemu, piętnastocalowa głowica subwoofera bez problemu zmieści się tam na tylnej półce. Ale rozwiązanie problemu nie jest takie proste. Słaba tylna półka nie jest taka zła, prawdziwy problem polega na tym, że niezwykle trudno jest odizolować objętość bagażnika od przedziału pasażerskiego. W rezultacie z takiego rozwiązania jest więcej problemów niż korzyści: nierealne jest uszczelnienie styków półki z bokami bagażnika i oparciem tylnej kanapy. Konstrukcja akustyczna w tym przypadku nie jest już skrzynką „warunkowo zamkniętą”, ale ekranem akustycznym. W rezultacie straty wynikające z wycieków „zjadają” wszystkie zalety dużego dyfuzora. Zwiększanie mocy wejściowej lub korygowanie odpowiedzi częstotliwościowej nie uratuje dnia. Na szczęście straty są znaczące tylko przy dużej mocy wejściowej przy częstotliwościach poniżej 50 Hz. Zmniejszają się wraz ze wzrostem objętości tułowia (stopień zmiany ciśnienia maleje). Straty można dodatkowo zmniejszyć stosując głośniki o małej objętości napędu (mniejsza powierzchnia membrany i mały skok). Jednak ich wydajność jest niska, więc ta ścieżka nie jest interesująca. Problem można rozwiązać, zmieniając typ konstrukcji akustycznej. Ponieważ w hatchbackach tylna półka pod instalację głośników musi być jeszcze co najmniej wzmocniona, a maksymalnie - wykonana od nowa, to lekkie skomplikowanie jej konstrukcji nie jest aż tak dużą wadą. Ponadto zaproponowano dwa warianty konstrukcji akustycznej głowic niskoczęstotliwościowych w samochodzie, które zostały wielokrotnie przetestowane w praktyce [1,2]. Listwa głośnikowa Z punktu widzenia maksymalnej wydajności najkorzystniejsze jest zastosowanie głośnika pasmowoprzepustowego (bandpass). Po pierwsze, ten typ konstrukcji akustycznej nie odtwarza sygnałów poza pasmem. Dlatego stosowanie filtrów elektrycznych w ścieżce sygnału, które tworzą pasmo przenoszenia subwoofera, nie jest już bezwzględnie obowiązkowe. Po drugie, skuteczność głośnika pasmowoprzepustowego jest znacznie wyższa niż innych typów konstrukcji akustycznych, co pozwoli na zastosowanie wzmacniacza o stosunkowo małej mocy. Wszystkie te okoliczności umożliwiają pracę subwoofera bezpośrednio z jednostki głównej (radia). Jest to szczególnie atrakcyjne dla tych, którzy nie chcą instalować dodatkowego wzmacniacza. Dla naszych celów szczególnie wygodny jest układ czwartego rzędu, składający się z dwóch komór – zamkniętej i rezonansowej, w przegrodzie, pomiędzy którą zainstalowana jest głowica dynamiczna. Bagażnik wykorzystamy jako komorę zamkniętą, a półkę zamienimy w komorę rezonansową wyposażoną w inwerter faz (ryc. 1).
Możliwa jest też sytuacja odwrotna, ale nie jest to łatwe do zrealizowania, gdyż ewentualne nieszczelności, a w szczególności zmienna objętość tułowia (zależy od wypełnienia) wpływają na strojenie komory rezonansowej w znacznie większym stopniu niż ustawienie zamknięty. Tak, i prawie niemożliwe jest ustalenie dokładnej wartości objętości bagażnika niezbędnej do obliczeń - żaden producent samochodów nie podaje jej z dokładnością do litra. Wreszcie efektywność takiego wariantu według wyników symulacji jest zauważalnie niższa. Bandpass pozwala elastycznie kontrolować pasmo przenoszenia systemu głośników. Główne cechy są określone przez komorę rezonansową, a objętość zamkniętej komory można uznać za narzędzie do regulacji częstotliwości rezonansowej i współczynnika jakości głowicy. Jednak w naszym przypadku obowiązują pewne ograniczenia: niektóre parametry projektowe są „obiektywną rzeczywistością” i nie można ich dowolnie zmieniać. Tak więc objętość bagażnika, pełniącego w tej wersji rolę zamkniętej komory akustycznej, wynosi zwykle co najmniej 300 litrów i trudno ją zmieniać. Na szczęście przy odpowiednim doborze parametrów głowicy można zminimalizować wpływ objętości zamkniętej komory na pasmo przenoszenia. Symulacja różnych opcji przez program JBL Speaker Shop pozwoliła na wyznaczenie głównych proporcji parametrów (rys. 2):
W proponowanym projekcie objętość komory rezonansowej i wymiary portu odwracacza fazy są całkiem do zaakceptowania. Zwiększenie objętości komory rezonansowej w stosunku do równoważnej objętości zawęża szerokość pasma, a zmniejszenie objętości komory rezonansowej rozszerza pasmo, ale odpowiedź częstotliwościowa staje się podwójnie garbowana. Biorąc pod uwagę rzeczywiste objętości pnia i dostępne objętości komory rezonansowej, do takiej konstrukcji najlepiej nadają się głowice dynamiczne o następujących parametrach: całkowity współczynnik jakości Qts = 0,7 ... 1,0; objętość równoważna Vas = 10...60 l; częstotliwość rezonansu własnego Fb = 40...60 Hz. Te warunki spełniają nie tylko „poważne” kolumny, ale i większość „naleśników”. Wyniki symulacji AU „w tym samym łączu” pokazano na ryc. 3.
Widać tutaj, że skuteczność układu pasmowoprzepustowego z głowicą dynamiczną o określonych parametrach w zakresie częstotliwości poniżej 50 Hz jest zauważalnie wyższa niż w przypadku obudowy zamkniętej (przynajmniej teoretycznie). Częstotliwość graniczna zamkniętej obudowy na poziomie -3 dB to tylko 42 Hz, a dla głośnika pasmowoprzepustowego 27 Hz. Jednocześnie w obszarze najniższych częstotliwości (15 ... 30 Hz) pasmo przenoszenia jest gorsze od falownika wykonanego w tej samej objętości obudowy - podczas gdy nierówność odpowiedzi częstotliwościowej w paśmie przepustowym fazy falownik jest wyższy. To prawda, że \uXNUMXb\uXNUMXbw przypadku falownika o takiej objętości bardzo trudno będzie użyć bagażnika zgodnie z jego przeznaczeniem ... Praktyczna realizacja proponowanego projektu nie nastręcza trudności. Wystarczy spojrzeć na typową ufortyfikowaną półkę (ryc. 4).
Aby zamienić się w pasmowoprzepustowy, brakuje mu tylko uszczelnionej komory rezonansowej i inwertera faz. I pomimo pozornie imponującej objętości komory rezonansowej, wizualnie nie jest ona duża: dla objętości uzyskanej w przeliczeniu 45 litrów przy wielkości panelu 1,1x,55 m, wewnętrzna wysokość komory to zaledwie 7,5 cm! Biorąc pod uwagę grubość ścian, całkowita wysokość nie przekracza 10 cm, a taką utratę wysokości pnia można przenieść bezboleśnie. Większość programów do modelowania oblicza również port inwertera fazy, zwykle tylko o okrągłym przekroju.Aby obliczyć inwerter fazy bez użycia specjalistycznych programów, można skorzystać ze znanego wzoru [3]
gdzie Fb - częstotliwość rezonansowa, Hz; V, - objętość komory, cm3; S, - powierzchnia portu, cm2; l - długość tunelu (grubość panelu), cm; k - współczynnik kształtu otworu Z punktu widzenia technologii wykonania najwygodniej jest wykonać port odwracacza fazy w postaci otworu w panelu, bez użycia rury. Ponieważ żadne przekształcenia matematyczne nie doprowadzają wzoru do postaci dogodnej do obliczania rozmiarów otworów, łatwiej jest zastosować metodę kolejnych przybliżeń. W pierwszym przybliżeniu przekrój otworu dobiera się w granicach 50...70% powierzchni dyfuzora (całkowitej powierzchni dyfuzorów, jeśli jest kilka głośników). Następnie dla danej grubości płyty i objętości komory rezonansowej wyznaczana jest częstotliwość strojenia inwertera faz. Potem pozostaje już tylko kilka iteracji, aby dopracować obszar otworu i wbić wynik w „widelec”. Do ostatecznej regulacji częstotliwości strojenia (w kierunku wzrostu) wygodnie jest użyć współczynnika kształtu otworu k: jego wartość do potęgi 0,12 rośnie bardzo powoli, wydłużenie otworu nie przekracza 1,4 ... 1,6 nawet dla bardzo wąskich i długich szczelin (1:20...1:50). Jeśli w wyniku wszystkich obliczeń powierzchnia otworu nadal okaże się mniejsza niż 20% powierzchni dyfuzora, warto zwiększyć głębokość portu, czyli przejść do krótkiej rury lub długiej szczeliny z „bokiem ". W tym przypadku należy pamiętać, że odległość od wewnętrznego nacięcia rury do ścianki komory rezonansowej musi być co najmniej jej „charakterystycznym” rozmiarem, równym pierwiastkowi kwadratowemu z powierzchni (ten sam pierwiastek z S w mianownik). Jeśli ten warunek nie zostanie spełniony, trzeba będzie wyjąć „nadmiar” rury z korpusu lub zmienić geometrię komory rezonansowej. Być może warto zwiększyć objętość komory rezonansowej i całkowicie powtórzyć obliczenia, zaczynając od symulacji. Wyjaśnię na przykładzie. Do głośnika, na podstawie powyższych obliczeń, zastosowano głowicę o średnicy 25 cm z powierzchnią stożka około 380 cm2. Port musi być ustawiony na 50 Hz. Dla komory 45 l o grubości panelu 12 mm otwór o powierzchni 300 cm2 daje strojenie 104 Hz, przy powierzchni 100 cm2 częstotliwość strojenia jest zmniejszona do 77 Hz. Dalsze zmniejszanie powierzchni otworu jest niepożądane, dlatego konieczne będzie zwiększenie głębokości portu. Przy tej samej powierzchni 100 cm2 i głębokości 48 mm częstotliwość strojenia jest jeszcze niższa - 67 Hz. Z niechęcią zmniejszamy powierzchnię otworu do 74 cm2 (rura o średnicy zewnętrznej 100 mm, średnicy wewnętrznej 97 mm) i zwiększamy głębokość do 110 mm. Powierzchnia otworu wynosi 19% powierzchni stożka, częstotliwość strojenia wynosi dokładnie 50 Hz. Wynik został osiągnięty, ale nie w najlepszy sposób. Ponieważ wewnętrzna wysokość korpusu wynosi 7,5 cm, a charakterystyczny rozmiar tuby 8,6 cm, cała rura musi zmieścić się na zewnątrz komory rezonansowej. Zaletą rozważanej opcji projektowania akustycznego jest to, że charakterystyka głośników jest praktycznie niezależna od obciążenia bagażnika (do około połowy jego objętości). Jednak nie jest możliwe wykonanie inwertera bez rury ze wszystkimi rodzajami głowic, co jest zdecydowaną wadą. A rura wystająca z tylnej półki to estetyka wręcz awangardowa. Jednak sztuka (w tym muzyka) wymaga poświęceń... Obciążenie akustyczne w głośnikach (rezonator płaski) A jeśli podejść do problemu od drugiej strony - wyjąć komorę rezonansową na górze półki? Oczywiście głowice dynamiczne muszą spełniać podane już wcześniej wymagania: pełny współczynnik jakości w przedziale 0,7...1, umiarkowanie sztywne zawieszenie, niska częstotliwość głównego rezonansu. Najprostszą wersją komory rezonansowej jest płaski ekran akustyczny umieszczony w bliskiej odległości od dyfuzora. Masa powietrza pod ekranem będzie zachowywać się tak samo jak w rurze odwracacza faz - będzie oscylować. A rolę portu będzie pełnić szczelina po obwodzie ekranu. W pierwszym przybliżeniu projekt ten można uznać za wariant rezonatora Helmholtza, a do obliczeń można zastosować ten sam wzór (1), ale w postaci przekształconej - dla wariantu „bez rury”:
gdzie Fb - częstotliwość rezonansowa, Hz; Vc - objętość komory, cm; Sb - powierzchnia portu, cm2; k - współczynnik kształtu otworu (k = 1-1,25). Jednak do obliczenia ekranu formuła w tej formie jest wyjątkowo niewygodna, ponieważ wszystkie wielkości po prawej stronie są ze sobą powiązane. Ponadto stopień, a nawet kierunek wpływu niektórych parametrów nie jest jednoznaczny. W związku z tym wyprowadzono wygodne wzory do obliczania ekranu (wyprowadzenie wzoru i analiza na końcu artykułu). Do wstępnego obliczenia powierzchni ekranu stosujemy następujący wzór:
gdzie S to powierzchnia ekranu, cm2. Jak widać, we wzorze (3) pojawia się tylko obszar ekranu. Gdzie się podziała reszta ustawień? Dokładna analiza wykazała, że częstotliwość strojenia jest słabo zależna od kształtu ekranu i wysokości jego instalacji (strojenie w granicach 10% wartości średniej). Dlatego do wstępnych obliczeń wystarczy wziąć pod uwagę średnie wartości tych parametrów przez wartość współczynnika w liczniku. A do ostatecznego obliczenia zastosuj dokładny wzór (4), który podano poniżej. Łatwo obliczyć, że dla częstotliwości poniżej 120 Hz powierzchnia ekranu nad półką przekracza 1,2 m2, a dalsze zmniejszanie częstotliwości strojenia jest ograniczone wielkością pojazdu... Dokładną częstotliwość strojenia określa wzór
gdzie h - wysokość montażu ekranu, cm; j - współczynnik kształtu ekranu równy: 2,03 - dla ekranu okrągłego; 2,17 - dla kwadratowego ekranu; 2,25 - dla prostokątnego ekranu o przedłużeniu 2:1. W celu weryfikacji eksperymentalnej na wzmocnionej tylnej półce samochodu IZH-0,99 „Oda” zainstalowano ekran o wymiarach 0,46x2126 m. Projektową częstotliwość strojenia do obliczeń ze wzoru (3) przyjęto jako 200 Hz, udoskonaloną ze wzoru (4) - 215 Hz. W trakcie regulacji i odsłuchów okazało się, że optymalna wysokość montażu ekranu mieści się w granicach 25...40 mm. Zabieg ten pozwolił na wyeliminowanie „wady” pasma przenoszenia w obszarze średnio-niskotonowym oraz wygładzenie piku rezonansowego zastosowanych naciągów. Szkice części półki nie są podane, ponieważ w przypadku samochodów innych marek wymiary będą inne. Ekran wykonany jest ze sklejki o grubości 9 mm, dla zwiększenia sztywności od spodu ekranu montowany jest narożnik duraluminiowy 20x20 mm. Ekran mocowany jest do półki za pomocą sześciu długich śrub z nakrętkami kołnierzowymi, co umożliwia regulację wysokości montażu (rys. 5).
Oczywiste jest, że taka konstrukcja nie zastąpi subwoofera, ale może poprawić odtwarzanie basów poniżej 200 Hz nawet z najtańszych głośników. Dlatego pomysł autora został podchwycony, aw wielu rosyjskich miastach serwisy samochodowe uruchomiły nawet na małą skalę produkcję ekranowanych półek akustycznych do zwykłych samochodów. Oprócz poprawy osiągów w zakresie niskich częstotliwości, dla konsumentów ważne jest również, aby głośniki w takiej półce nie były widoczne, a samochód nie przyciągał uwagi intruzów. I możesz położyć coś na wierzchu bez blokowania dyfuzora. Objaśnienia i komentarze z wyprowadzeniem wzorów (3) i (4) Dla falowników o stosunkowo dużej powierzchni (gdy charakterystyczny rozmiar portu jest znacznie większy niż jego głębokość) we wzorze (1) można przyjąć, że wyraz I jest równy zeru:
gdzie Fb - częstotliwość rezonansowa, Hz; Vc - objętość komory, cm3; Sb - powierzchnia portu, cm2; k to współczynnik kształtu otworu. Zwykle w literaturze wzór ten podawany jest w nieco innej postaci (2), gdzie k (już bez stopnia!) nazywa się współczynnikiem kształtu otworu i podaje się jego wartości brzegowe: 1 dla otworów okrągłych i kwadratowych oraz 1,25 za długi slot. Istota obliczeń nie zmienia się od tego; wskazanie wartości granicznych jest wygodne ze względów praktycznych, ale ukrywa fizyczne znaczenie tego współczynnika. W przypadku formuły w tradycyjnej reprezentacji przypadek płaskiego ekranu w ogóle nie jest brany pod uwagę, dlatego wartość współczynnika dla takiej konfiguracji nie jest wskazana w podręcznikach, co komplikuje analizę. W oryginalnej publikacji [2] ta okoliczność przyczyniła się do błędu i błędnych wniosków (w które tak naprawdę nikt z czytelników nie sięgnął – praktyka była bardziej przekonująca niż teoria). Dla wygody dalszej analizy wprowadzamy „idealny” współczynnik kształtu ekranu i:
gdzie P to obwód ekranu: S to obszar ekranu. Dla koła jest on minimalny i równy 3,54, dla kwadratu - 4, dla prostokąta o proporcjach 2:1 - 4,24. Dalsze wydłużanie ekranu nie ma sensu nawet ze względu na układ. Pierwiastek kwadratowy z obszaru ekranu to nic innego jak jego „charakterystyczny” rozmiar:
Otwór w tym projekcie akustycznym nie jest dziurą, jest granicą między objętością powietrza pod ekranem a otaczającą go przestrzenią. Dlatego powierzchnia tego portu „pierścieniowego” jest iloczynem obwodu ekranu i wysokości jego instalacji. Jednocześnie objętość pod ekranem jest iloczynem jego powierzchni i wysokości instalacji. Wyraźmy powierzchnię portu jako obwód ekranu i wysokość jego instalacji h, a objętość komory jako powierzchnię ekranu i taką samą wysokość instalacji. Współczynnik kształtu otworu to stosunek obwodu do wysokości. Przechodząc do „efektywnego” rozmiaru i współczynnika, otrzymujemy
Podstawiając wyrażenie (6) do „charakterystycznego” rozmiaru, w końcu otrzymujemy
Wpływ kształtu i rozmiaru ekranu W zależności od kształtu ekranu licznik wzoru (7) przyjmie następujące wartości: okrągły ekran - 2,03; kwadratowy ekran - 2,17; ekran prostokątny z wydłużeniem - 2:1 - 2.25. Tak więc, przy tym samym obszarze, okrągły ekran zapewni minimalną częstotliwość strojenia. Ogólnie wpływ kształtu ekranu jest nieznaczny - przy przejściu z koła do kwadratu o tej samej powierzchni częstotliwość strojenia wzrasta tylko o 7%. Wpływ wysokości instalacji również jest nieznaczny - przy zmianie od 3 do 15 cm częstotliwość strojenia spada o 7%. Dalsze zwiększanie wysokości montażu ekranu mija się z celem. Obszar ekranu okazuje się być najskuteczniejszym mechanizmem regulacji Zastępując średnią wysokość instalacji i współczynnik kształtu, otrzymujemy wygodną formułę do wstępnych obliczeń
gdzie Fb - częstotliwość rezonansowa, Hz; S - powierzchnia ekranu, cm2. literatura
Autor: A. Shikhatov, Moskwa
Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024 Sterowanie obiektami za pomocą prądów powietrza
04.05.2024 Psy rasowe chorują nie częściej niż psy rasowe
03.05.2024
▪ E-papierosy zwiększają ryzyko udaru mózgu ▪ Określanie kaloryczności jedzenia na podstawie zdjęcia ▪ Najlepsze wykorzystanie elastycznego ekranu ▪ Mikroskopia fluorescencyjna o wysokiej rozdzielczości
▪ Sekcja telefoniczna witryny. Wybór artykułów ▪ Artykuł Obrona cywilna. Podstawy bezpiecznego życia ▪ artykuł Przekaźnik włącza tranzystory MOSFET. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Pasujący numer. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony