BoardMan

Качеството на озвучителните тела е от особенна важност за общото възприятие на звука. Съществува прецизна методика за изчисление както на акустичните параметри на едно озвучително тяло (размер ка кутията, необходимото тегло на звукопогъщащ материал, размери и необходимост от фазоинвертор и др.). От голямо значение е и електричното оформяне (изчисление на разделителните филтри за отделните високоговорители). Тук ще дам резултатите от изчислението и реализацията на озвучителни тела, реализирани практично от мен. Ще обясна накратко и методиката за изчисление.

Концепцията върху която съм се спрял е следната: две озвучителни тела, които да поемат средно-високочестотната област от звуковият спектър, разположени в предната част на възприятие на звука, едно общо нискочестотно тяло (бас-каса или бас-бокс) и две малки озвучителни тела които се използуват като задни говорители (за ефект на тримерен звук или т.нар 'SURROUND'). Паралено с анализа на озвучителните тела ще се спра накратко и на реализацията на необходимите усилватели на мощност за тях. Те ще се разгледат в линка -"Крайни стъпала". Това е обусловено от факта, че ниско-честотното озвучително тяло е активно с вграден краен усилвател и въвведена отрицателна акустична обратна връзка, която да подобри качественните показатели на тялото!

Средночестотно и високочестотно озвучително тяло

Това тяло е предвидено да работи съвместно с бас-каса. При необходимост то може да работи и самостоятелно като честотната лента, която то осигурява в рамките на спад на 3dB на звуковото ниво е 40Hz-25kHz. При този разширен честотен обхват се наблюдават резонансни явления в долната част на честотната характеристика. Тялото е предвидено да работи в номинален честотен обхват 90Hz-23kHz при което честотната характеристика е абсолютно линейна. Можността на тялото възлиза на 40W при синусоидален сигнал и 80Wpmpo върхова мощност при работа в разширен честотен диапазон. При работа от 90Hz-23KHz озвучителното тяло може да поеме натоварване от 60W/sin.

Долната чесота на тялото е избрана поради следните съображения:

Именно за да не се изгуби от стерео-базата на сигнала на това озвучително тяло се подават сигнали при които ухото е силночувствително към локализацията им в пространството.

Тялото е с обем 9.5 литра. Кутията се изработва от талашитени плоскости и има следните размери в милиметри: 185х175х365. В тялото се поставя около 30g звукопоглущащ материал, полепен по вътрешните стени на кутията. Това е еквивалентно на увеличаване на върешния обем на кутията с коефициент около 1.25. Използувани са следните високоговорители:

Последният високоговорител работи в честотен диапазон от 18kHz-22kHz и така покрива спада в АЧХ на високочестотният говорител, който при 20KHz има спад около 3dB. Срязващата честота на вискочестотният и нискочестотният високоговорител е избрана 3kHz. Този избор не е много удачен от тази гледна точка, че се препоръчва избор на срязваща честота извън диапазона 800Hz-4kHz. В тази област човешкото ухо е най-чувствително към сривове в честотната характеристика. В нашият случай по-добър избор на срязваща честота не е възможен поради факта че се засяга граничният диапазон на високоговорителите. Тон-колоната е захранена със симетрична фидерна линия и поради този факт разделителните филтр са симетрични. Това способства да не се излъчват паразитни сигнали, които попаднали в микрофонния кабел или пък във входните вериги на усилвателя, където усилването е голямо биха предизвикали самовъзбуждане и генериране на даденото стъпало влседствие на получената полужителна обратна взръзка. На пръв поглед вземането на такава защитна мярка е безсмислено, но това все пак е озвучително тяло от професионален HiFi клас!

Озвучителното тяло се захранва от мостов усилвател на мощност (симетричен изход), като на входа на крайното стъпало има вграден филтър, който изрязва честотният спектър под 90Hz. Този филтър е активен и сръмноста му е от порядъка на 18dB/oct.

Избрана е реализация със затворен обем. При тази реализация долната гранична честота на озвучителното тяло не може да спадне под долната гранична честота на нискочестотния високоговорител. За сметка на това обаче резонансните явления в такова озвучително тяло са сведени до минимум. Изкривяванията при ниски честоти също са най-малки при такава реализация.

Честотата на нива -3dB и -6dB се дават с изразите:

Честотата и нивото на акустичния пик се получава от следните изрази:

Методиката на изчисление е реализирана на MathCad при което се изчертава и еквивалентната АЧХ на тялото. При желание ще я изпрята на заинтересувани...

Електрическо оформяне на озвучиленото тяло:

Тук ще разгледам изчисляването на разделителните филтри на озвучителното тяло. Това не е маловажна задача тъй като от правилният избор и изработка на филтрите зависи и качеството на възпроизвеждане на тялото. Това се обуславя предимно от факта, че при неправилен подбор на филтрите (или липсата на такива) към високоговорителите се подава разширен честотен спектър, който те не могат да възпроизведат. В резултат на това от една страна те се товарят а от друга се получават много интермодулационни изкривявания при самият процес. Друг ефект, който често възниква е подсилването на определена честотна област (обикновенно средните звукови честоти) поради едновременна работа на няколко високоговорителя.

Ще дам разяснения по схемата, както и методиката за изчисляване на елементите в нея. Високоговорителите са означени с Z1 - нискочестотен, Z2- високочестотен динамичен, Z3 - свръхвисокочестотен пиезоелектричен. Това е коректно, тъй като тяхното съпроривление не е постоянно (активно) а се мени в зависимост от подадения сигнал (има индуктивна съставка, така че то е комплексно). Свръхвисокочестотният високоговорител е представен като кондензатор, какъвто се явява по принцип в заместващата схема.

Разделителните филтри функционират коректно само ако стойността на товарният им импеданс съответствува на стойността на пълният импеданс на високоговорителите на озвучителното тяло, която е взета за основа при пресмятането им. На практика обаче импеданса на отделния говорител рязко нараства в областа на високите звукови честоти поради индуктивноста на трептящата напотка. Това нарастване може да се намали чрез паралелно включена към високоговорителя RC-група. На фигурата по-горе елементите на две такива групи са означени с Rk1, Ck1 за компенсиране на нискочестотният говорител и с Rk2,Ck2 за високочестотният. Компенсиране за пиезоелектричният говорител не се налага по този начин поради капацитивният характер на излъчвателя. Изчисляването на RC групата се извършва съгласно формулите дадени по-долу в зависимост от активното съпротивление на намотката на говорителя и нейната индуктивност. Практиката показва, че съпротивлението Rk на RC групата трябва да е по-голямо от съпротивлението на намотката с около 50% за да се стабилизира стойността на пълният импеданс на говорителя около номиналната.

Ччестотата на срязване е приета да е 3 kHz. Стойностите на компенсиращите елементи са закръглени до стандартните стойности за дадените класове на точност.

Изчисляване на срязващи филтри от 3-ти ред (18dB/oct)

Както бе споменато в началото на статията, локализация на излъчването от човешкото ухо е възможно в честотен спектър 90Hz - 11kHz. Поради тази причина за задни говорители (SURROUND) не се предявяват строги изисквания, както по мощност, така и по честотен спектър. За реализиране на задните озвучителни тела са използувани комбинация от нискочестотен ел.динамичен говорител и високочестотен пиезоелектричен говорител. Не е необходимо поставяне на ел. филтри в озвучителното тяло. Нискочестотният говорител е от тип: ВКН 0932 с паспортна пощност 20W/sin. Той се свързва мостово между изходите на крайното стъпало (усилвателя на мощност). На пример ако двата изхода имат означение съответно "+" и "-", той се свързва между двата плюса на съответните канали. Задният високоговорител на другият канал се свързва на същите изходи, но се разменят изводите спрямо задният на противоположният канал. Това е илюстрирано на фигурата дадена по-долу.

При проектирането на усилвателя на мощност бе възприета идеята той да е мостов със симетричен изход. Това от една страна ще намали стойността на необходимото захранващо напрежение, а от друга симетричният изход ще намали паразитно-излъчените смущения в околното пространство (в изходният фидер, захранващ озвучителните тела токовете са с противоположни посоки спрямо земята и те се унищожават в пространството).Това ще способства за стабилна работа на усилвателя и акустичните говорители при голям коефициент на усилване и особенно при приложението му за извучаване на помещения с употреба на микрофонни преобразуватели. При такъв тип на усилвателя на мощност за свързване на задните озвучителни тела може да се процедира по следният начин: Задният за заден-ляв канал остава както на фигурата по-горе. Свързването на надният бокс на десният канал е подобно, но сега той се свързва между "-" полюсите на двата канала!. Полужителният "+" полус на задното-дясно озвучително тяло се свързва към "-" полюса на десният канал! Правилното свързване на полюсите е от значение. То не оказва критично влияние върху работата на усилвателя, но от него зависи в каква степен и как ще се получи наслагване на синфазни и противофазни акустични фълни в пространството. Това е известно още като интерференция на акустични вълни. В този смисъл при погрешно свързване на полюсите ще изчезне напълно или частично тримерният звуков ефект!

Съвременна концепция за реализиране на комплект от озвучителни тела

Характерното за съвременната концепция е да се вграждат усилвателите на мощност в самите озвучителни тела, както и всеки от високоговорителите да се захранва от собствен усилвател на мощност. Така от една страна се отстраняват големите и пасивни срезващи филтри и на тяхно място се поставят аналогови активни филтри с голяма стръмност. Захранващите блокове на акустичните колони от този тип обикновенно са импулсни, което определя техния голям К.П.Д, както и малката им маса и размери. За отбелязване е, че при такива конструкции електро-динамичните високоговорители се захранват от т.нар. конвертор напрежение->ток, а електро-статичните и пиезокерамичните високоговорители от усилвател на напрежение. В първият случай стъпалото се разглежда като генератор на ток а във втория - генератор на напрежение. Такава реализация е наложителна поради факта, че за динамичните високоговорители определящ за движението на мемраната е тока през намотката а за статичните - напрежението върху плочите на еквивалентния излъчвател. Именно тези две условия са известни в Т.О.Е. като независими начални условия за изчисляване на преходни процеси в линейни и нелинейни вериги.

Басово озвучително тяло. Бас-каса или т.нар. бас-бокс!

Това озвучително тяло е предвидено за съвместна работа със комплект предни и задни озвучителни тела. То е съставено от нискочестотен електро-динамичен високоговорител и режимна отрицателна обратна връзка, която стабилизира движението на мемраната както и намалява резонансите ефекти при работа на тялото. За акустична реализация е избрана система с фазоинвертор и говорител с малък еквивалентен обем. Малкият еквивалентен обен на говорителя определя голям ход на мембраната и големи резонансни явления от това движение. За разлика от традиционната реализация без обратна връзка, това не е критично поради факта, че е въведена акустична ООВ, която компенсира резонансните явления и стабилизира движението на мембраната. Друга характерна особенност на този вид озвучително тяло е ниският акистичен К.П.Д. Оказва се, че това се отразява благоприятно върху АЧХ на тялото. Избран е 8" високоговорител с еквивалентен обем около 60 литра. Обема на кутията е 100 литра. От номограмата поместена по-долу и параметъра "алфа" се изчисляват другите параметри на тялото - резонансна честота на фазо-инвертора, съответно размерите му, както и честотната характеристика. При конструирането на тялото трябва да се спазят следните условия:

Рубриката е "замръзена" за неопределен период от време! Ако желаете нейното възобновяване - пишете до BoardMan. В момента се правят експерименти върху нова концепция озвучително тяло, която се основава на компенсиране на грешката чрез акустична обратна връзка в която източник на сигнала за грешка е самият говорител, при това без да е необходимо в него да се вгражда отделен датчик (индуктивен или пиезоелектричен). Също така може да се разгледат методиките за реализация на озвучителни тела с фазо-инвертор, както и с пасивна мембрана, но само при интерес от посетителите на сайта!

Величина	Нискочетотен говорител	Високочестотен говорител
Rв	8 OHM	6,0 OHM +/- 0,68 OHM
Lв	260 uH	80 uH