TRADUCTOARE ELECTROACUSTICE

7/23/2019 TRADUCTOARE ELECTROACUSTICE

1/22

COLEGIUL TEHNIC IOSIF ILIMON din BRAOV

PROIECT PENTRU ATESTAREACOMPETENELOR PROFESIONALE

PROFESOR:

ANDRONE LILETA

COSTAN REMUS MIHAI

CLASA a XII a A

AN COLAR

2007 2008


2/22

TRADUCTOARE

ELECTROACUSTICE

2


3/22

CUPRINS

CAPITOLUL 1 TRADUCTOARE ELECTROACUSTICE1.1. Casca electromagnetic1.2. Difuzorul, tipuri, parametri

1.2.1. Difuzorul electromagnetic1.2.2. Difuzorul electrodinamic1.2.3. Difuzorul electrostatic1.2.4. Difuzorul piezoelectric1.2.5. Difuzorul ionic (ionofonul)

CAPITOLUL 2 PARAMETRII DIFUZOARELOR2.1. Puterea nominal2.2. Impedana de intrare

2.3. Presiunea acustic standardCAPITOLUL 3 SISTEME DE DIFUZOARE CU FILTRE DE SEPARARECAPITOLUL 4 MONTAREA DIFUZOARELOR. INCINTE ACUSTICE

4.1. Ecranul acustic4.2. Incintele deschise4.3. Incintele nchise4.4. Incinta bassreflex4.5. Labirintul acustic

BIBLIOGRAFIE

CAPITOLUL 1 TRADUCTOARE ELECTROACUSTICE

1.1. Casca electromagnetic

Casca electromagnetic este unul dintre cele mai simple traductoareelectroacustice. Funcionarea ei se bazeaz pe interaciunea dintre un cmp magneticvariabil i o membran subire din fier sau alt material paramagnetic.

3


4/22

Figura 1 Seciune printr-o cascelectromagnetic

Figura 2 Seciune printr-o cascelectromagnetic cu sistem magnetic

diferenial

n figura 1 este prezentat schematic o seciune ntr-o casc electromagnetic. Celedou bobine, strbtute de curentalternativ, creeaz un cmp magneticvariabil, care se suprapune peste cmpulmagnetic constant, produs de magnetulpermanent. Sub aciunea celor doucmpuri magnetice, membrana este atras

mai mult sau mai puin i descrie oscilaiimecanice.Frecvena acestor oscilaii este egal

cu frecvena c.a. care circul prin bobine.Prin antrenarea aerului, oscilaiile mecaniceale membranei se transform n undeacustice.

Cmpul constant, creat de magnetulpermanent, determin o anumittensionare a membranei, contribuind lareducerea distorsiunilor. La ctilemoderne, fluxul constant, creat de magnetul permanent, este de cteva mii de ori mai maredect fluxul magnetic creat de curentul ce strbate bobinele. Totui, fluxul magneticconstant nu se poate mri orict de mult deoarece se produce saturarea circuituluimagnetic, ceea ce determin creterea distorsiunilor. Performane superioare n ceea ceprivete micorarea distorsiunilor i a mririi domeniului frecvenelor redate se obin cucti electromagnetice cu sistem magneticdiferenial (figura 2).

Dup cum se vede, membrana esteplasat ntre doi magnei, fiind n echilibru nabsena semnalului alternativ. ntruct fluxulmagnetic nu se nchide prin membran ideci aceasta se afl n stare nesaturat, sepot folosi magnei mai puternici,sensibilitatea acestor cti fiind astfel mairidicat. Impedana ctilor se msoar ngeneral la frecvena de 1000 Hz i estecuprins ntre cteva zeci i cteva mii deohmi. Sensibilitatea sau coeficientul detransfer al ctilor, reprezint raportul dintrepresiunea acustic creat n banda audio itensiunea aplicat la borne. Ctileelectromagnetice cu sistem magnetic simpluau o sensibilitate cuprins ntre 7 i 15N/m2V, iar cele cu sistem magneticdeferenial, ntre 20...40 N/m2V.

Neuniformitatea acestei sensibiliti n banda transmis, la ctile simple, este deordinul 20...40 dB, fa de numai 5...15 dB, la cele difereniale.Distorsiunile neliniare, introduse de cti, se msoar aplicnd la borne un semnalsinusoidal cu frecvena de 1000 Hz i amplitudinea 1,65 V. Coeficientul de distorsiunineliniare este mai mic de 5...8 %.

Banda de frecvene redate de ctile electromagnetice nu depete 4...5 kHz.Cnd este necesar redarea unui spectru mai larg de frecvene, cum este cazul audiiilor

4


5/22

Figura 3 Difuzorul electromagnetic

stereofonice, se folosesc cti speciale, construite din difuzoare electrodinamice saupiezoelectrice, miniatur.

Uneori, la aparatele de radio de buzunar se folosesc cti speciale tip miniatur.

1.2. Difuzorul, tipuri, parametri

Difuzorul constituie unul din cele mai rspndite traductoare electroacustice, fiind

destinat transformrii energiei electrice de audiofrecven n energie acustic, care sepropag n spaiul nvecinat sub form de unde sonore. Clasificarea difuzoarelor se facedup principiul de funcionare sau varianta constructiv folosit. Se deosebesc astfel:difuzoare electromagnetice, electrodinamice, electrostatice, piezoelectrice, ionic, etc.

1.2.1. Difuzorul electromagnetic

Difuzorul electromagnetic, prezentatschematic n figura 3, se compune dintr-unmagnet permanent de care este fixat o armturmobil din fier moale.

La trecerea unui c.a. prin bobina montatpe magnet, apare un flux magnetic variabil, carese adaug sau se scade din fluxul constant almagnetului. Rezult o for de atracie variabil,care face s vibreze armtura elastic. Armturapune n micare o membran conic, producndastfel unde acustice. Dei s-au realizat i uneletipuri perfecionate, cu sisteme magneticedifereniale, aceste difuzoare nu se mai fabric nprezent, datorit benzii nguste de frecveneredate, precum i a prezenei unor rezonaneparazite ale armturii mobile.

1.2.2. Difuzorul electrodinamic

Este cel mai rspndit tip de difuzor care se folosete astzi, fiind realizat ntr-omare diversitate de forme constructive, puteri nominale sau impedane de intrare.

Se ntlnete n dou variante principale: cu radiaie direct, la care elementuloscilant membrana este n contact direct cu aerul i difuzoare la care elementuloscilant membrana este cuplat cu aerul prin intermediul unei plnii. Datoritdimensiunilor relativ mici i a performanelor satisfctoare ntr-o gam larg de frecvene,difuzoarele electrodinamice cu radiaie direct (figura 4) se utilizeaz n sonorizri de micputere: receptoare de radio i televiziune, magnetofoane, staii de amplificare, etc.

5


6/22

Figura 4 Seciune printr-un difuzorelectrodinamic cu radiaie direct

Figura 5 Seciune printr-un difuzorelectrodinamic cu camer de compresie

Elementul radiant al acestui tip de difuzor este compus dintr-o membranconic, realizat din past de celuloz i fixat solidar cu bobina mobil. Membrana

are un sistem de centraj, confecionatdintr-un material textil impregnat i unsistem de suspensie elastic, realizat pringofrarea membranei sau prin lipirea pemarginea membranei a unei fii de

piele sau cauciuc. Bobina mobiltrebuie s fie ct mai uoar i socupe un spaiu ct mai mic pentru ase putea mica liber n ntrefierulcircuitului magnetic. La trecerea unuicurent prin bobin, asupra acesteia vaaciona o for paralel cu axul ei. Cndprin bobin va trece un c.a., fora va fin orice moment proporional cuvaloarea instantanee a intensitiicurentului i i va schimba sensul la

fiecare semialternan. Bobina va oscila deci, n ntrefier, paralel cu axa ei, cu ofrecven egal cu cea a curentului care o strbate.

Membrana conic transform aceste oscilaii mecanice n unde acustice; dar cu unrandament foarte sczut (0,5...8%). Deci, un difuzor avnd o putere electric de 10 Wi un randament de 1%, va radia o putere acustic de 100 mW.

Circuitul magnetic trebuie s produc n ntrefier un cmp magnetic cu induciect mai ridicat. n acest sens, pentru realizarea magnetului permanent, se folosesc oserie de aliaje metalice ca: Aim, Alnico, Ticonal, etc. nsuirile unui magnet suntapreciate n funcie de valoarea produsului dintre inducie i intensitatea cmpuluimagnetic creat, care trebuie s fie ct mai ridicat.

ntruct impedana bobinei mobile are valori reduse (3...15 ), acestedifuzoare se folosesc cu amplificatoare de putere avnd rezistena de ieire micsau n montaje cu transformatoare de adaptare. Pentru a putea fi montate cuuurin n spaiul limitat din radioreceptoare sau magnetofoane, se construiesc i

difuzoare electrodinamice avnd membranaeliptic.Difuzoarele cu radiaie direct normale permit,n condiiile unei neuniformiti de ordinul10... 15 dB, redarea unei benzi de frecvenece nu depete 6...7 kHz.

Difuzoarele electrodinamice cu plniesunt folosite pentru redarea frecvenelornalte sau pentru construirea megafoanelor.Difuzoarele cu plnie, denumite i difuzoarecu camer de compresie, se caracterizeazprin directivitate i randament ridicat (pn la50%).

Suprafaa seciunii transversale aplniei se modific continuu, urmnd o legeexponenial, liniar sau hiperbolic.Frecvenele minime redate depind de

dimensiunile plniei. Pentru a nu rezulta lungimi prea mari, plnia se mparte n

6


7/22

Figura 6 Sistem radiant cu dou conuri

Figura 7 Seciune printr-un difuzor electrostatic

cteva segmente care se monteaz concentric (figura 5). Din gtul plniei, undeacioneaz membrana, micarea se transmite, progresiv ctre deschiderea ei,

punndu-se astfel n vibraie mase din ce nce mai mari de aer, pe msur ce diametrulcrete. Aa se explic randamentul ridicat alacestor difuzoare.

Pentru lrgirea caracteristicii de

directivitate, difuzoarele electrodinamice sepot realiza i cu dou conuri (figura 6).Radiatorul este constituit dintr-un con

principal, circular sau eliptic i un consuplimentar, de dimensiuni mici cu o rigiditateproprie mare.

La frecvene joase, ambele conuri oscileaza sinfazic, iar diagrama de directivitateeste larg. La frecvene medii conul mare devine directiv, dar caracteristica de directivitatenu se ngusteaz deoarece intervine conul mic care lucreaz ca dispersor de sunet.

n domeniul frecvenelor nalte (4...6kHz), conul mare radiaz. foarte puin, el constituinddoar un reflector pentru undele radiate n spate de conul mic. Pe lng meninerea uneidiagrame de directivitate constante, sistemul permite i mbuntirea caracteristicii defrecven, difuzoarele cu dou conuri putnd reda frecvene pn la 12...13 kHz.

1.2.3. Difuzorul electrostatic

Este constituit dintr-un electrod fix, perforat (transparentsonor) i un electrod mobil.

Electrodul mobil este format dintr-o pelicul foarte subirede material plastic, acoperit cu un strat metalic. ntre electroziiacestei structuri, asemntoare unui capacitor, se aplic otensiune continu, ce poate atinge 5...7 kV, peste care sesuprapune semnalul alternativ de joas frecven. Principaleleavantaje ale difuzorului de acest tip constau n aceea cmembrana este foarte uoar i excitarea ei se face pe ntreagasuprafa, astfel nct pot fi redate foarte bine frecvenele nalte,distorsiunile fiind minime.

Pentru a cobor limita inferioar a frecvenelorredate, se mrete suprafaa membranei, care poateajunge la 1 m2. Avnd caracteristici electroacustice dintrecele mai bune, difuzorul electrostatic se folosete nreceptoarele de calitate sau n agregatele de ascultarepentru redarea frecvenelor cuprinse ntre 7 i 20 kHz.

Se construiesc i difuzoare electrostatice n

contratimp, care redau n bune condiiuni ntreaga bandaudio. Acestea se compun din dou plci metaliceperforate, fixe, ntre care poate oscila o membran subirei uoar, dintr-un material plastic, metalizat pe ambele

fee. Semnalul alternativ se aplic printr-un transformator,iar tensiunea continu printr-un rezistor (figura 7).Semnalul alternativ stric echilibrul electrostatic stabilit

ntre electrozi, membrana vibreaz i mpinge aerul pringurile din plcile fixe.

7


8/22

Difuzoarele electrostatice, prezentnd o impedan de intrare capacitiv, punprobleme la adaptarea cu amplificatoarele de putere.

1.2.4. Difuzorul piezoelectric

Este format dintr-un cristal piezoelectric (sare Seignette, titanat de bariu, etc.)de care se fixeaz rigid o membran. Datorit efectului piezoelectric, la aplicarea uneitensiuni alternative pe feele cristalului, acesta ncepe s vibreze, punnd n micare

membrana. ntruct oscilaiile cristalului au elongaii mici, puterea acustic creat deaceste difuzoare este redus. Se folosesc pentru construcia ctilor sau pentruredarea frecvenelor nalte.

1.2.5. Difuzorul ionic (ionofonul)

Se compune dintr-o camer de ionizare, n care se produce nclzirea i ionizareaaerului prin aplicarea nei tensiuni de radiofrecven (cca 27 MHz) cu amplitudine ridicat.Tensiunea de radiofrecven este modulat n amplitudine cu semnalul de joas frecvence trebuie redat, determinnd astfel variaia instantanee a presiunii i temperaturii aerului.

Aerul ionizat ptrunde printr-o fant ngust ntr-un horn ce ndeplinete rolul de elementradiator. Apar astfel unde acustice fr a exista vreun element n micare. Sistemullucreaz foarte bine doar la frecvene mari (peste 2 kHz). ntruct exist pericolul apariieiunor radiaii prsite, difuzorul trebuie ecranat corespunztor1.

1 BROWN, Sidney George (n. 6 iulie 1873, Chicago m. 7 august 1948, Sidmouth, Devon, Anglia), inginerelectrician englez, de origine american. Studii la Universitatea din londra. Atras de la nceput de studiultelegrafiei i, ulterior, de cel al radiofoniei, obine, de timpuriu, realizri remarcabile n domeniultransmisiunilor telegrafice prin cablu submarine (1899). ncercnd s fructifice inveniile sale i aleprincipalului su colaborator, Henry Hozier, fondeaz Telegraph Condenser Company. n domeniultelegrafiei fr fir pune la punct un dispozitiv ce poate fi considerat prototipul microfonului de mai trziu. Prinmai multe patente succesive ajunge s dea o form aproape definitiv difuzorului, aa cum va fi utilizat nprimele aparate de radio aprute dup 1920. Este autorul a numeroase alte invenii (un compas giroscopicpentru nave i pentru avioane, un electromegafon, .a.).

8


9/22

Figura 8 Graficul variaiei modululuiimpedanei electrice de intrare a unui

difuzor cu radiaie direct

Figura 9 Caracteristica dependeneiputerii acustice cu frecvena

CAPITOLUL 2 PARAMETRII DIFUZOARELOR

Principalii parametri ai difuzoarelor ce permit o utilizare judicioas sunt:

2.1. Puterea nominalExprimat n VA (W).

Reprezint puterea electric ce poate fi

aplicat unui difuzor, astfel nct temperaturaelementelor acestuia s nu depeasc o anumitvaloare, iar distorsiunile s fie mai mici dect ovaloare dat de fabricant (de ex. 5%). Difuzoareleelectrodinamice se realizeaz ntr-o gam foartelarg de puteri nominale, de la 0,1 W i pn lazeci de wai.

2.2. Impedana de intrare

Reprezint impedana electric msurat laborne. La difuzoarele electrodinamice ea variazodat cu frecvena (figura 8) i are dou

componente, una reprezentnd impedana electric propriuzis a bobinei mobile, iarcealalt efectul rezonanei mecanice a sistemului mobil. A doua component conteaznumai n jurul valorii frecvenei de rezonan mecanic (fr). La frecvene joase (f


10/22

Figura 10 Montaj pentru msurareaimpedanei unui difuzor

Presiunea acustic este mai dificil de msurat, dar impedana se msoar uorfolosind montajul din figura 10. Prin comutarea generatorului de joas frecven de pedifuzor pe o sarcin etalonat (R),se urmrete obinerea aceleiai indicaii la voltmetrulV. n acest moment, impedana este egal cu valoarea rezistenei etalon. Variaia n spaiua presiunii acustice create reprezint caracteristica de directivitate a difuzorului. Unghiul ncare presiunea nu scade sub un anumit procent din valoarea maxim se numete unghide deschidere i mrimea lui depinde de aplicaiile concrete n care se folosesc

difuzoarele.

10


11/22

Figura 11 Caracteristici de frecven pentrureele de difuzoare cu filtre de separare

Figura 12 Sistem cu dou difuzoare:a impedane aproximativ egale; b

impedane diferite

CAPITOLUL 3 SISTEME DE DIFUZOARE CU FILTRE DE SEPARARE

Deoarece realizarea unor difuzoare care s redea n mod corespunztor ntreagagam audio este complicat, n practic este preferat mprirea benzii de transmisie ndou, trei sau chiar patru subgame cu ajutorul unor filtre. Se obin sisteme de difuzoare cumai multe benzi, care permit redarea unui spectru larg de frecvene, cu distorsiuni reduse,

ntruct se folosesc difuzoare adecvate fiecrei subgame. Schematic, mprirea spectrului

audio este prezentat n figura 11. Curbeletrasate reprezint nivelul tensiunilor laieirea filtrelor de separare. Alegereanumrului de subgame, precum i avalorilor frecvenelor de separare (fc) se face

n funcie de parametrii difuzoarelor utilizatei de caracteristica de frecven cerutsistemului.

Astfel, cele mai utilizate frecvene deseparare sunt cuprinse ntre 400...800 Hz i4...5 kHz. Exist multe difuzoare cu puteride 6...10 W, ce permit redarea frecvenelor

joase i medii, adic a frecvenelor cuprinsentre 40 Hz i 5 kHz. Acestea se pot folosi

ca difuzoare principale n cadrul unorsisteme simple, asemenea celorprezentate n figura 12.

Frecvenele mai mari de 5 kHz suntredate cu difuzoare pentru frecvene nalte, a cror putere electric poate fi chiar mai mic

de 10% din puterea difuzorului principal.Conectarea, ca n figura 12a, se folosete atuncicnd impedanele celor dou difuzoare suntaproximativ egale; cnd impedanele difer, sefolosete montajul din figura 12b. Valoareacapacitorului Cpoate fi determinat cu condiia ca,la frecvena de separare, reactana2 capacitiv sfie egal n modul cu impedana difuzorului.Conectarea difuzorului de FI nu stric adaptarea, cidimpotriv o mbuntete deoarece, la frecvenemari, impedana difuzorului principal crete. Se potconecta, n paralel, mai multe difuzoare principalesau de FI, cu condiia asigurrii unei sinfazricorecte. Se observ c n aceste cazuri la difuzorulprincipal se aplic ntreg spectrul audio, dat deamplificatorul de putere.

Foarte rspndite sunt sistemele ceutilizeaz filtre pentru separarea frecvenelortransmise difuzoarelor. n figura 13 este prezentatmodul de conectare al unor difuzoare principale

(pentru frecvene medii i joase) i a unor difuzoare pentru frecvene nalte, dar cu aceeaiimpedan.

2 reactan = mrime caracteristic circuitelor electrice care lucreaz n flux de curent alternativ i care coninca elemente reactive bobine sau condensatoare.

11


12/22

Figura 13 Sistem cu dou difuzoare cu filtre deseparare (atenuare de 6 dB/octav)

a montaj serie; b montaj derivaie

Figura 14 Sistem cu dou difuzoare cu filtrede separe (atenuare 12 dB/octav): a

montaj serie; b montaj derivaie

La frecvena de separare, reactana bobinei este egal cu reactana capacitorului icu impedana difuzorului. Deci, fiecrui difuzor i se va aplica jumtate din puterea de ieirea amplificatorului.

Din condiia:

wCL =CwC

1=

Z

rezult valoarea inductanei i

capacitatea: L =Cf

Z

2x 106 [ ]mH

C =ZfC2

1x

106 [ ]FImpedana de intrareeste egal cu

impedana difuzoarelor.Filtrele prezentate dau o atenuare de 6dB/octav n jurul frecvenei deseparare. De obicei se folosesc filtrelecare au atenuri mai mari, cu mai multeinductane i capaciti (figura 14).Impedana de intrare este egal cuimpedana unui difuzor, puterea deintrare mprindu-se n mod egal ntrecele dou difuzoare. Caracteristica de

frecven prezint atenuri de cca 12dB/octav. Valorile componentelor sedetermin cu relaiile:

L1 = L2 =Cxfx

Z

82,2x 103 [ ]mH i C1 = C2 = ZfC2

41,1 [ ]F

pentru circuitul din figura 14a i, respectiv:

L1 = L2 =Cf

Z

2

41,1x 103 [ ]mH i C1 = C2 =

ZfC82,2

106

[ ]F

pentru circuitul din figura 14b.Prin creterea numrului de bobine i capacitoare se pot obine filtre cu atenuri de

18 dB/octav (figura 15), dar acestea se utilizeaz mai rar.

12


13/22

Figura 15 a sistem cu dou difuzoare cu filtre de separare(atenuare 18 dB/octav); b caracteristica de frecven a filtrelor

Figura 16 Sisteme de difuzoare cufiltre de separare pentru trei benzi de

frecven

Valorile

componentelor se determin cu relaiile:

L1 =Cf

Z

4

3 1 x 103 [ ]mH ; L2 = Cf

Z

4

1 x 103 [ ]mH ; L3 =Cf

Z

8

32 x 103 [ ]mH

C1 =13

2ZfC

x 106 [ ]F ; C2 =23

1ZfC

x 106 [ ]F ; C3 =2

1ZfC

x 106 [ ]F ;

O caracteristic de frecven maiuniform, ntr-o gam larg i distorsiuni deintermodulaie mai mici prezint sistemele dedifuzoare cu filtre de separare pentru treibenzi de frecven. Se folosesc difuzoareseparate pentru redarea frecvenelor joase(FJ), medii (FM) i nalte (F).

Cnd impedanele acestor difuzoaresunt egale, se utilizeaz schemele din figura

16 care constau n dou filtre conectate nparalel. Primul filtru (L1C1) permite trecereaspre difuzorul FJ a frecvenelor f < fc1.

Dup trecerea prin filtrul L2C2,domeniulde frecvene, f > fc1, se mparte cu ajutorulfiltrelor L3C3 i L4C4.

Cele dou perechi de filtre secalculeaz cu relaiile folosite pentru circuituldin figura 14b, pentru fc1 i, respectiv, fc2.

n practic, amatorii folosesc i sisteme mai simple cu numai dou benzi (osingur frecven de separare), dar cu conectarea unui difuzor pentru F printr-un

capacitor (figura 17a) sau printr-un circuit serie (figura 17b). Schema din figura 17aprezint dezavantajul unei anumite neuniformiti a caracteristicii de frecven npartea superioar a benzii audio, deoarece n aceast poriune radiaz att difuzorulpentru FM, ct i cel pentru F. Circuitul L3C3din figura 17b permite conectarea unuidifuzor suplimentar pentru redarea frecvenelor medii, compensnd astfel scdereaeficienei difuzorului principal n acest domeniu i mbuntind calitatea audiiei.Elementele L3 i C3se determin din condiia ca impedana la rezonan a circuitului

serie:3

3

C

Ls fie egal cu impedana difuzorului, i anume: L3 =

02 f

Z

x 103 [ ]mH ,

13


14/22

Figura 17 Sisteme de treidifuzoare cu filtre de separare:

a cu difuzor de F conectat princapacitor; b cu difuzor de FM

conectat prin circuit serie

Figura 18 Sisteme de atenuatoare pentru difuzoarelede FM i F

C3 =20

6

2

10

Zf [ ]F , unde f0 este frecvena de rezonan a circuitului: f0 =

332

1

CL.

Banda de trecere la 3 dB a circuitului serie depinde de rezistena difuzoruluisuplimentar, precum i de valoarea elementelor circuitului.

B3dB = [ ]HzLf

L

302.

Prin alegerea adecvat a valorilor L3 i C3,difuzorul suplimentar se folosete uneori pentrucompensarea scderii presiunii acustice a difuzoruluiprincipal n domeniul frecvenelor joase, i anume napropierea frecvenei de rezonan mecanic.

Exist i firme care mpart spectrul audio npatru subgame. De exemplu, firma AUDAX folosetepentru incintele acustice EURYTMIC 60 urmtoarea

mprire a spectrului: 30...300 Hz; 30...1200 Hz;1...12 kHz si 10...40 kHz. Se obin astfel performane

superioare n ceea ce privete nivelul distorsiunilor ibanda redat.

Sistemele descrise mpart n mod egal putereape difuzoarele ce lucreaz n benzi alturate, adicreduc nivelul tensiunii cu 3 dB. Aceast valoare estedeterminat de creterea cu 3 dB a intensitiicmpului acustic n cazul funcionrii simultane adou difuzoare ce radiaz sinfazic i sunt excitate cuacelai nivel. n practic, apar diferene ntrepresiunile acustice standard, creat de difuzoare,

fiind necesar uneori

introducerea unor micirezistene n filtrele de separaresau conectarea difuzoarelorpentru frecvene medii i nalteprin intermediul unor atenuatoare (figura 18).

Acestea sunt constituitedin rezistoare cu valori mici ipermit reglajul atenurii ntrepte de cte cca 2 dB. Uneiatenuri de 2 dB i corespunde

o scdere a tensiunii i puteriiacustice cu cca 20%.

Rezistoarele serie (R1) sau paralel (R2) se calculeaz cu relaiile:

R1 = Z x (1 k); R2 =k

xkZ

1,

14


15/22

Figura 19 Obinerea unuicapacitor nepolarizat din dou

capacitoare polarizate

Figura 20 Bobinutilizat n filtrele de

separare

unde kreprezint coeficientul de transfer al atenuatorului, corespunzator diferitelorpozitii ale comutatorului. Pentru atenuari de 2; 4; 6; 8 si 10 dB, valorile lui k sunt: 0,8; 0,63;0,5; 0,4 si, respectiv, 0,31.

La atenuatorul din figura 18b calculul ncepe cuatenuarea maxim.

Capacitoarele utilizate n filtre trebuie s fienepolarizate. Se pot folosi i capacitoare electrolitice,

dac se conecteaz ca n figura 19.Pentru a evita apariia unor distorsiunisuplimentare, datorate neliniaritii curbelor demagnetizare, bobinele utilizate n filtrele de separare se

realizeaz pe carcase fr miez magnetic.Bobinajul se face spir lng spir n mai multe straturi,

folosind conductoare de cupru izolat cu email. Diametrulconductorului trebuie s fie suficient de mare pentru ca rezistenabobinelor s fie mult mai mic dect impedana difuzorului, cu carese conecteaz n serie. Carcasele se confecioneaz dup modelulcelei artate n figura 20 sau se folosesc carcase detransformatoare. Inductana se msoar cu o punte sau se poatecalcula cu o relaie aproximativ. Astfel, inductana unor bobineeste:

L = [ ]mHBAD

xnD

1093

1080622

++

, unde:

n = numrulde spire;

D = diametrulmediu al bobinei;

A = limea iB = nlimea.

Dac: B = 1,2A; d = B i D = 2 B = 2,4 A, relaia devine: L = 16,4 An2

x 10-6 [ ]mH

.Calculul bobinei se face alegnd latimea (A) si rezistenta (R). Suprafaa seciuniipentru configuraia dat este: S = AB = 1,2 A2,iar volumul ocupat de conductorul bobinei:

V = SD = 9 A3.Tabelul nr.3.1.

Diametrulconductorului

[mm]

Nr. de spirecorespunztorseciunii de 1

cm2

Rezistena unuicm3 de bobinaj

[]

0,4 446 0,6680,5 292 0,28

0,6 206 0,1370,7 155 0,0760,8 118 0,0440,9 95 0,02841 78 0,0189

1,1 65 0,0131,2 55 0,009241,3 47 0,00678

15


16/22

Figura 21 Filtre de separare pentruamplificator de F i FJ

Tabelul 3.1 prezint numrul de spire corespunztoare unei seciuni de 1 cm 2 irezistena electric a fiecrui cm3 de bobinaj, n cazul n care sunt folosite conductoare decupru cu diferite seciuni.

Exemplu: S se determine numrul de spire i dimensiunile unei bobine avndL = 27,5 mH i R = 2,5...3 2.

Alegem:A = 3 cm; S = 1,2 A2 = 10,8 cm2; V = 9 A3 = 243 cm3.Dac alegem un conductor de cupru cu diametrul d = 1 mm, o bobin va avea o

rezisten R = 243 x 0,0189 = 4,59 i va putea conine un numr de n = 10,8 x 78 =842,4 spire.Inductana corespunztoare acestui numr de spire este:L = 16,4 An2 x 10-6 = 34,91 mH.Se alege o nou valoare a lui Ai se refac calculele. Rezult:R = 2,6 ; L = 27,4 mH; n = 691 spire cu diametrul de 1,3 mm, ceea ce corespunde

condiiilor impuse.Dei volumul bobinelor din filtrele de separare nu este o mrime critic, ntruct

acestea se plaseaz n interiorul incintelor, realizarea concret pune unele probleme. Dinaceasta cauz se prefer, uneori, folosirea unor filtre de separare lucrnd la semnal mic.Se folosesc astfel amplificatoare separate pentru frecvenele joase i nalte din gamaaudio. Filtrele de separare se conecteaz la intrarea acestor amplificatoare i vor avea casarcin rezistenele lor de intrare.

Bobinele se realizeaz uor, folosindcarcase cu miezuri magnetice i conductoare cudiametru mic. Schema unui asemenea filtru esteprezentat n figura 21, iar n tabelul 3.2. se dauvalorile componentelor pentru diferite impedanede sarcin i frecvene de separare.

La conectarea mai multor difuzoare nserie, paralel sau n sisteme cu filtre de separare,trebuie luate msuri ca acestea s creeze undesonore cu aceeai faz (s lucreze sinfazic),adic la aplicarea unei tensiuni cu anumitpolaritate, toate membranele s se deplaseze naceeai direcie. Condiia se ndeplinete uor,

dac iniial se verific polaritatea fiecrui difuzor cu ajutorul unei mici baterii de lantern.

Tabelul nr.3.2.f0 [Hz] R1 [] C1 [F] R2 [] C2 [F]1500 1500 0,04 1500 0,061200 1200 0,062 1200 0,11000 1000 0,1 1000 0,15800 790 0,2 790 0,2565 600 0,25 600 0,4

16


17/22

CAPITOLUL 4 MONTAREA DIFUZOARELOR. INCINTE ACUSTICE

n funcie de destinaia concret, difuzoarele se monteaz n diferite sistemeacustice, urmrindu-se prin aceasta att protecia i prezentarea lor estetic, ct ieliminarea efectelor undelor de spate i mbuntirea caracteristicii de frecven.Deplasrile membranei, acionnd asupra aerului nconjurtor, creeaz unde sonore ce sepropag cu o vitez de cca 340 m/s. Undele sonore create de faa i spatele membranei

sunt defazate cu 180

0

, defazaj ce corespunde unei diferene de drum de jumtate delungime de und. Dac ntr-un punct de ascultare ajung att unde directe, create de faamembranei, ct i unde create de spatele membranei, prin interaciunea lor, cmpul sonorse poate anula. Condiiile de anulare apar ndeosebi n domeniul frecvenelor joase (< 300Hz), cnd dimensiu-nile membranei sunt mici n comparaie cu lungimea de und.

n concluzie, prin suprapunerea celor dou unde apar fenomene de interferencaracterizate prin minime i maxime de intensitate. Cmpul devine maxim n punctele ncare defazajul celor dou unde corespunde unui numr ntreg de , i minim in punctele ncare corespunde unui numar impar de /2. Fenomenul se manifest cel mai pregnant peaxa difuzorului.

Interferene pot crea i undele reflectate de obiectele nconjurtoare; de aceea,msurarea difuzoarelor, precum i a sistemelor acustice, se face, de regul, n spaiu libersau n camere speciale cu absorbii foarte mari denumite camere surde sauanecoide.

Dintre metodele folosite pentru montarea difuzoarelor n scopul eliminriiinterferenelor amintite sunt prezentate n continuare: ecranul acustic; incinta nchis iincinta deschis; incintele bassreflex i labirintul acustic.

4.1. Ecranul acustic

Este constituit dintr-un panou din lemn, pe care se monteaz asimetric unul saumai multe difuzoare. Pentru frecvenele cele mai joase redate de difuzoare,dimensiunile acestui panou trebuie s fie comparabile cu /2. Rezult dimensiuni mari,fapt pentru care n prezent se folosesc foarte rar.

4.2. Incintele deschise

Sunt constituite din cutii paralelipipedice deschise n spate (de ex. carcasaradioreceptoarelor) i se comport ca un rezonator Helmholtz, adic sunt caracterizatede o frecven proprie de rezonan:

f0 = 5460V

S4[Hz], n care:

S = suprafaa deschiderii din spate [cm2] ;V = volumul incintei [cm3].Experiene cu diferite incinte i difuzoare au artat c cea mai bun redare a

frecvenelor joase se obine dac frecvena de rezonan a incintei este de 1,2...2 ori maimare dect frecvena proprie de rezonan a difuzorului. Dac acestea difer mai mult, se

nrutete caracteristica de redare a frecvenelor joase. Frecvene proprii de rezonanemici se obin numai cu incinte deschise voluminoase.

17


18/22

4.3. Incintele nchise

Sunt constituite din cutii paralelipipedice nchise. nchiderea peretelui din spateelimin undele create de spatele membranei, contribuind la mbuntirea caracteristicii deredare a frecvenelor joase. n acelai timp, elasticitatea aerului cuprins n incint mretefrecvena proprie de rezonan a difuzorului. Creterea frecvenei de rezonan esteproporional cu suprafaa difuzorului i invers proporional cu masa sistemului mobil i cu

volumul incintei. Tabelul 4.1 prezint modificarea frecvenei de rezonan (fr) a unordifuzoare cu diferite diametre (D), prin introducerea n diferite incinte cu volumele (V).Noilefrecvene de rezonan sunt notate (/,).

Tabelul nr.4.1.

Diametruldifuzorului

D [cm]

fr[Hz]

V[dm3]

fr'[Hz]

30 18 50 4520 25 25 55

14,5 30 6 75

Deci, pentru incintele nchise se recomand utilizarea unor difuzoare cu diametre sifrecvente de rezonan reduse. Reducerea influentei incintei asupra frecvenei derezonan a difuzorului se obine i prin alegerea corespunztoare a volumului incintei. Sepoate utiliza n acest sens relaia:

V 125 x D2 [cm3] , unde. D = diametrul membranei difuzorului [cm].

Dac n aceeai incint se monteaz dou sau mai multe difuzoare, cu diametreleD1, D2,etc., n relaia de mai sus se folosete diametrul echivalent:

De =.....

2

3

2

2

1

2+++ DDD

Pentru dou difuzoare identice, De = 1,41 D.Pe lng modificarea frecvenei de rezonan a difuzorului, la frecvene mari

volumul de aer nchis n incint creeaz rezonane secundare. Acestea contribuie lamrirea neuniformitii caracteristicii de frecven. Eliminarea lor se face prin cptuireapereilor interiori ai incintelor cu materiale fonoabsorbante (vat, bumbac, deeuri de ln,poliester expandat, etc.), reducnd astfel reflexiile.

n ceea ce privete valorile dimensiunilor incintelor paralelipipedice, se recomandca ntre acestea s existe urmtoarele rapoarte: 1 : 1,41 : 2, asigurndu-se astfel o bunstabilitate i un aspect plcut. n acest caz volumul incintei este:

V 0 2,82 A3

, unde A = latura cea mai mic.Invers, dac se cunoate volumul, dimensiunile optime se calculeaz astfel:

A = 328,2

V, B = 1,41 A i C = 2 A.

4.4. Incinta bassreflex18


19/22

Figura 23 Graficul impedanei difuzoruluin incint

Este cunoscut i sub numele de incint cu inversor de faz (fazoinversor) i secaracterizeaz prin prezena unei deschideri n unul din pereii unei incinte nchise.Deschiderea, de form circular sau dreptunghiular, este situat de obicei pe acelaiperete pe care sunt montate difuzoarele i se comport ca un rezonator, constituind unradiator suplimentar de sunete. Dimensiunile acestor deschideri se calculeaz n aa fel

nct frecvena lor proprie de rezonan s fie aproximativ egal cu frecvena de rezonan

a difuzoarelor neintroduse n incint.Considerm incinta bassreflex din figura 22 i notm cu fr i fr' frecvena derezonan a difuzorului liber i, respectiv, introdus n incint. Pentru frecvene mai mari defr' difuzorul radiaz normal.

Pe msur ce frecvena semnalelor scade sub fr' scade rapid i cmpul radiat dedifuzor dar crete cmpul creat de fanta practicat n perete, deoarece ne apropiem de

frecvena ei proprie de rezonan, egalcu cea a difuzorului liber (fr). Astfel,atunci cnd f = fr, cmpul radiat dedifuzor e neesenial, dar cel creat defant, maxim. Deci, datorit funcionriisinfazice a celor dou radiatoare (difuzo-rul i deschiderea) n acest interval defrecven, incinta bassreflex creeazun cmp acustic aproximativ constantpn la frecvena fr. Pentru frecvenemai mici de fr, cmpurile create de di-fuzor i deschidere sunt mici i nantifaz, ceea ce determin scderearapid a amplitudinii cmpului total.Pentru a mbunti performanelerezonante ale deschiderii, aceasta serealizeaz adesea sub forma unortunele cu sectiune circulara saudreptunghiu-lara (fig. X.22 b, c).

Incintele trebuie s fie rigide i sevor confeciona din lemn de fag saupanel, fixat prin lipire sau holtzuruburi.Grosimea pereilor variaz ntre 15 i 30

mm, n funcie de volum. Pereii interiori se cptuesc cu materiale fonoabsorbante.Construite corect, incintele bassreflex nu numai c mbuntesc caracteristica de redare

a frecvenelor joase, dar contribuie i lamicorarea distorsiunilor neliniare ce apar ladifuzoare n jurul frecvenei de rezonanmecanic. Impedana difuzorului montat nincint se prezint ca n figura 23. Se remarcprezena a dou maxime, corespunztoarerezonanei difuzorului i deschiderii dar cuamplitudini mai mici dect maximulimpedanei difuzorului singur. Graficul s-atrasat pe baza datelor experimentalemsurate cu un difuzor cu diametrul de 18 cmi o incint cu volumul de 95 dm3 (95 litri).

19


20/22

Figura 24 Elementeleconstructive ale unui bass-reflex

Pentru comparaie, pe acelai grafic s-a trasat i curba msurat pentru acelai difuzor darincinta fiind nchis (deschiderea astupat).Calculul incintelor bassreflex const n determinarea dimensiunilor acesteia precum i a

dimensiunilor tunelului i a deschiderii.Aceasta presupune cunoaterea exact a parametrilor difuzorului (frecvena de

rezonan, elasticitatea i masa sistemului mobil, diametrul bobinei, etc.). Seciuneadeschiderii reprezint 20...40% din suprafaa difuzorului, n cazul n care se utilizeaz tunel

de trecere i poate ajunge la 75% dac se folosesc deschideri simple.Dac se noteaz cu k raportul dintre lungimea i limea fantei, volumul incinteipoate fi determinat cu relaia:

V = [ ]35,02

12,02

)(

5460cm

SLxf

xSxk

r+

Creterea lungimii (L) a tunelului determin reducerea volumului pentru oanumit seciune (S) a deschiderii i o anumit frecven de rezonan (fr).

Dac deschiderea este circular, constanta k este unitar (k= 1).Exemplu: S se determine dimensiunile unei incinte bassreflex pe care se

monteaz un difuzor cu diametrul D = 18 cm i fr = 54 Hz.

Alegem o deschidere circular cu diametrul de 8 cm, deci: S = 50,26 cm2

i k= 1. Alegem lungimea tunelului: L = 10 cm i calculm volumul necesar:

V=)26,5010(5454

126,5054605,0

2

+xx

xx= 30069 cm3 = 30 dm3.

Determinm dimensiunile interioare optime i anume:A = 22 cm; B = 31 cm; i C = 44 cm.

Tabelul nr.4.2.Diametrul

difuzorului [cm]Frecvena de

rezonan [Hz]20 4515025 40100

30 308038 255545 2040

Cnd nu exist posibilitatea msurriifrecvenelor de rezonan, acestea se pot aprecia nfuncie de diametrul difuzorului, folosind datele dintabelul 4.2. Amatorii prefer adesea utilizareanomogramelor sau a tabelelor gata calculate pentrudimensionarea incintelor. Astfel, n tabelul 4.2 sunt

prezentate datele necesare realizrii unor incinteavnd forma celei din figura 24, n cazul utilizrii unordifuzoare cu diametre diferite. Incinta se poate acordasimplu folosind o bucat de placaj cu care seobtureaz deschiderea. Se msoar n permanenimpedana difuzorului pentru a determina rezonanafolosind metoda din fig. 10.

20


21/22

Figura 25 Labirint acustic

4.5. Labirintul acustic

Prin montarea unor perei suplimentari ninteriorul incintelor bassreflex, se formeaz unlabirint acustic, cu seciune dreptunghiular (fig.25). Cnd lungimea medie a acestuia este egalcu un numr ntreg de jumti de lungime de

und, este ndeplinit condiia de rezonan icaptul liber radiaz puternic. Sunt redate binefrecvenele joase, chiar pn la 0,75 dinfrecvena de rezonan a difuzorului. Pentruevitarea apariiei unor rezonane secundare,datorit reflexiilor pe pereii labirintului, acesta secptuete n interior cu materialefonoabsorbante.Realizarea sistemelor de ascultare trebuie sin seama de condiiile concrete n care se valucra, adic de volumul, dimensiunile iproprietile acustice ale ncperii, de numrulde asculttori, presiunea sonor necesar, etc.acesta presupune ns cunotine speciale de

acustic i efectuarea unor msurtori complexe.

21


22/22

BIBLIOGRAFIE:

Ciobnia, Vasile, Vcaru, Vasile i colaboratorii Radiorecepia a z. Mica enciclopedie

pentru tineret Editura Albatros, Bucureti, 1982 capitolul X Traductoare

electroacustice

TRADUCTOARE ELECTROACUSTICE

Documents

Transcript of TRADUCTOARE ELECTROACUSTICE