Tehnici pentru proiectarea și construcția difuzoarelor
Această intrare sau secțiune pe subiectul electronicii nu citează sursele necesare sau cele prezente sunt insuficiente. |
Se consideră că acest articol sau secțiune referitoare la electronică este verificat . |
Difuzoarele acustice sunt acele elemente ale unui sistem de reproducere a sunetului , care se ocupă strict de conversia semnalului electric în mișcare mecanică, care generează perturbarea stării liniștite a presiunii mediului de transmisie (de obicei aerul) prin generarea secvenței de presiune și depresiunea mediului de propagare, numită „undă acustică”. Ele reprezintă ultimul element al lanțului de reproducere și, tocmai din acest motiv, este posibil să le atribuim cea mai mare parte a responsabilității în interfața cu mediul și cu omul.
Din aceste motive, proiectarea și implementarea acestor elemente necesită, de asemenea, o cunoaștere adecvată a științei psihoacustice și a tehnicilor de reconstrucție a sunetului în mediu.
Această zonă de implementare necesită proiectanților o interdisciplinaritate tehnică și științifică considerabilă. De fapt, sunt necesare noțiuni de fizică, electronică, electromecanică, elementele de bază ale electromagnetismului, disciplinele de amortizare și rezonanță mecanică, elementele de bază ale psihoacusticii și cunoașterea caracteristicilor materialelor, etc. etc.
Toate acestea, pentru mulți, fac din crearea difuzoarelor o zonă fascinantă de realizare.
Înainte de a continua, vedem următoarele link-uri:
Boxe acustice în casă
În esență, există două categorii de vorbitori de acasă, pasivi și activi.
Difuzoarele active sunt formate dintr-un set de traductoare sau difuzoare, combinate cu un amplificator audio. În termeni simpli, un difuzor activ este sub forma unei cutii echipate cu difuzoare și care conține un circuit electronic de amplificare a semnalului. Prin urmare, acest tip de difuzoare nu necesită amplificare externă, ci doar sursa de sunet care trebuie amplificată; cu toate acestea, necesită alimentare de la rețea. Difuzoarele audio mici asociate computerelor personale sunt în general de acest tip.
Difuzoarele pasive, pe de altă parte, nu conțin niciun circuit de amplificare a semnalului, așa că primesc semnalul care urmează să fie reprodus și difuzat direct amplificat. Nu se conectează la rețeaua de alimentare, ci doar la amplificatorul extern. Ultimul tip de difuzoare este de obicei cel al sistemelor stereo normale de acasă.
În această secțiune ne vom ocupa pur și simplu de tehnicile de fabricație referitoare la difuzoarele pasive. Diferența cu cele active este minimă și mai mult de tip circuit. Substanța și tehnicile generale pentru reprezentarea corectă a sunetului în mediu sunt aceleași.
Trebuie avut în vedere faptul că un sistem de reproducere a sunetului trebuie să reconstruiască într-un mediu acasă, cel puțin, scena sau studioul unde a fost înregistrat efectiv concertul. Analiza psihoacustică și de mediu sunt esențiale pentru obținerea unor rezultate credibile.
Percepția sunetului
Studiul percepției sunetului a schimbat radical tehnicile de construcție ale difuzoarelor sau „difuzoarelor” acustice.
Există două domenii principale în care ne putem concentra atenția:
- percepția biologică și psihologică a sunetului,
- reconstrucția planurilor și distanțelor sonore.
Sunetul și urechea
Urechea are un comportament special, iar răspunsul său variază atât în frecvență (claritate sau severitate a sunetului), cât și în intensitate (volum). Se pare că ascultătorul are percepții diferite despre sunet în funcție de intensitate și frecvență. De exemplu, percepția „basului” sau a sunetelor joase crește în funcție de volum: la un volum mic, ascultătorul aude voci feminine și note înalte, în timp ce la volume mari sunetul se echilibrează decisiv readucând notele joase înapoi în echilibru și apoi, de asemenea, în dovezi comparativ cu mediu și înalt.
În plus, urechea are o frecvență rezonantă, datorită formei și lungimii sale, care se află chiar peste 2500 Hz. Aceasta înseamnă că urechea este foarte sensibilă la sunetele care au această frecvență în evidență (strigătul unui bebeluș) și doar o intensitate mică pentru a le detecta.
Vedeți curbele Isofone stabilite de cercetătorii Fletcher și Munson încă din anii 1930 .
Stereofonia și creierul
Creierul poate fi „păcălit”. În sensul că, prin starea sa naturală, este chemat să proceseze simultan ( stereo ) informațiile provenite din cele două surse disponibile, care sunt urechile. Oferindu-le sunete ușor diferite, conform regulilor corespunzătoare, creierului i se poate face să creadă că ceea ce ascultă vine dintr-o singură sursă situată într-o anumită poziție și la o distanță precisă. Capacitatea creierului de a „reconstrui” un mediu virtual se află în centrul tuturor soluțiilor adoptate pentru crearea unor sisteme acustice sau de difuziune Hi-fi excelente.
Un aspect foarte important privind percepția se referă la semnificația pe care creierul o atribuie diferitelor frecvențe. La frecvențe înalte (de obicei peste 1500 Hz) creierul asociază contractul de adâncime al sursei sonore, pe baza diferențelor de intensitate detectabile la diferitele frecvențe. Frecvențele joase sunt mai „învelitoare” și mai puțin localizabile chiar dacă pentru ele creierul atribuie și concepte de proximitate bazate, totuși, pe timpii de sosire ai diferitelor unde. Aceasta înseamnă că atunci când ascultătorul aude diverse note înalte de intensitate diferită, va tinde să creadă că cele mai puțin „puternice” sunt mai îndepărtate. De îndată ce sunetul devine mai puțin acut (frecvențe medii) diferența de intensitate devine mai puțin importantă pentru a reconstitui practic distanța surselor și chiar și la frecvențe joase, sunetul care ajunge mai întâi contează mai mult.
Vezi și link-ul: Înalta fidelitate .
Toate acestea au implicații foarte importante asupra amplasării boxelor în casă și asupra poziției punctului de ascultare și unde auzi cel mai bine.
Mediu inconjurator
Mediul este absolut crucial pentru reprezentarea sunetului. În conceptul de mediu trebuie să inserăm dimensiunea și forma camerei de ascultare, ocuparea spațiilor, poziția de ascultare.
Dimensiunea și forma, în special, au un impact mai mare asupra reprezentării notelor joase (frecvențe joase). Dacă sala de ascultare este o cameră normală de acasă, în general nu va fi mai mare de 5x7 metri și limita reprezentării corecte a frecvențelor joase va fi, de-a lungul dimensiunii mai mari, de 50 Hz. Sub această frecvență, unda sonoră va tinde să nu mai pot fi detectate corect: parțial să se propage în exterior, parțial să rezoneze cu mediul ascultător, generând unde staționare periculoase (pentru înaltă fidelitate). Alte valuri staționare se pot forma în funcție de celelalte dimensiuni ale camerei: de exemplu în jur de 120 Hz față de înălțimea tavanului.
Pentru o discuție completă a subiectului, ar trebui explorată și tema câmpului direct și a câmpului reverberat. Acest lucru înseamnă că ascultătorul nu este atins doar de sunetele emise direct de difuzoare (câmp direct), ci și de cele care, înainte de a ajunge la urechea ascultătorului, sar în jurul casei pe mobilier și pereți (câmp reverberat) și că poate poate contribui la întărirea sau anularea anumitor sunete ale câmpului direct perturbând astfel calitatea evenimentului sonor.
Trebuie luat în considerare și materialul de construcție al casei: pereții subțiri permit sunetului să iasă ușor din casă, reducând percepția de bas pe care o poate avea ascultătorul intern. Din acest motiv, există o tendință din partea unor constructori de a-și adapta produsele la tipul de piață, la tipul de case care ar putea fi găsite. Cazul cel mai evident se referă la producătorii americani care își proiectează difuzoarele pentru a fi introduse în case din lemn sau în principal cu pereți subțiri, spre deosebire de cazul european în care predomină cărămida și betonul.
Spațiul intern nu trebuie să fie prea simetric pentru a nu provoca rezonanțe, excese sau anulări. Trebuie să ne imaginăm întotdeauna că undele sonore sar peste tot înainte de a ajunge la urechi.
Poziția de ascultare este un lucru foarte complicat. Niciun difuzor nu-și poate face cu adevărat treaba bine dacă ar fi așezat prost. De obicei, se practică triunghiul isoscel unde distanța dintre difuzoare ar fi de 2 metri și distanța de la ascultător de 2 metri și jumătate. Evident, proporțional cu mediul de ascultare. Înclinarea vorbitorilor spre ascultător determină foarte mult percepția spațialității și profunzimii. Mai mult, difuzoarele individuale au caracteristici de directivitate și emisie diferite, astfel încât, acționând asupra înclinației difuzorului și orientării acestuia, este posibil să se favorizeze considerabil predominanța anumitor frecvențe față de altele. Toate aceste considerații simple servesc pur și simplu pentru a clarifica contextul de proiectare și principalele constrângeri în care trebuie să se deplaseze proiectantul difuzoarelor.
Configurații de bază
Există cel puțin două tipuri de configurație:
- sisteme multicanal
- sisteme stereo
Între aceste două există în esență o diferență în numărul de difuzoare care trebuie realizate și sursa de sunet care se schimbă radical.
În special pe primele, acestea necesită un număr de amplificatoare egal cu numărul de difuzoare instalate și acest lucru depinde de standardul multicanal ales; de exemplu, există sisteme multi-canal de la 5 difuzoare până la chiar 8. Pentru a înțelege motivul pentru acest tip de instalare, trebuie să vedeți linkurile: audio multi-canal și DTS .
În această discuție simplă ne vom limita la sistemele stereo cu 2 canale, de asemenea, deoarece bazele de proiectare sunt partajate între toate sistemele.
O altă zonă de configurare se referă la difuzorul unic:
- difuzor cu sens unic,
- Difuzor cu 2 căi,
- difuzor cu mai multe căi.
Aceste configurații se bazează pe diferite linii și opțiuni de proiectare. Motivele oferirii acestor soluții diferite nu sunt doar de natură strict comercială sau de proiectare, ci mai degrabă de caracter electroacustic, adică relativ la calitatea sonoră care urmează să fie obținută de la difuzorul însuși. Aici va fi suficient să spunem că difuzoarele cu 2 căi sau cu mai multe căi sunt concepute pentru a facilita reproducerea întregului spectru de sunete, de la sunete mici la înalte. Contraindicațiile tipice ale sistemelor multidirecționale au readus sistemele unidirecționale, în care limitele legate de amplitudinea spectrului reprodus pot fi compensate de o anumită naturalitate a reproducerii, datorită faptului că toate sunetele provin din același punct (coerență). Nu este evident că un sistem cu o singură direcție poate costa mai puțin decât 2 sau 3 căi.
Caracteristicile generale ale difuzoarelor
Înainte de a intra în aceste sisteme, este necesar să cunoaștem mai bine difuzoarele.
Sunt traductoare electromecanice (care convertesc energia din electric în mecanic) care funcționează în spectrul de frecvență audio (de la 20 la 20.000 Hz). Unda acustică este o „undă” care se propagă (de obicei în aer). Prin urmare, difuzorul este un piston în toate privințele, capabil să vibreze, producând compresii și decompresii ale aerului, la diferite frecvențe.
Fiecare val are o energie care depinde și de frecvența cu care se deplasează. Undele de înaltă frecvență au mai multă energie, cu aceeași masă de aer deplasată, decât cele de joasă frecvență. Acest lucru înseamnă pur și simplu că, atunci când un difuzor emite un sunet puternic, nu trebuie să mute volume mari de aer în comparație cu atunci când emite un sunet redus.
Deci, în timp ce undele de joasă frecvență au nevoie de un volum important de deplasare, undele de înaltă frecvență nu au nevoie, ci necesită doar mișcări foarte rapide ale aerului. De aici începem să înțelegem ce caracteristici trebuie să aibă difuzoarele și de ce există sisteme multi-way. În special, există difuzoare de diferite dimensiuni și greutate doar pentru a fi optimizate pentru a reprezenta note înalte sau mici.
Un alt aspect important în evaluarea difuzoarelor este analiza dispersivității. Cel mai răspândit model de difuzor, care a fost deja menționat, este cel al pistonului. Din calcule și măsurători experimentale se pare că acest model are două comportamente diferite în funcție de frecvența de emisie a sunetului: până la un anumit punct „pistonul” este înecat în aceeași undă pe care o produce, de la un anumit punct încoace este ca și cum ar fi tras-o redirecţiona. Cu alte cuvinte, difuzorul se dovedește a fi dispersiv (emite o undă sferică) până la o anumită frecvență și de acolo se dovedește a fi directiv (emite o porțiune de undă sferică).
Formula care ne permite să înțelegem până la ce frecvență trece un difuzor dat de la starea de bună dispersie la cea de directivitate afirmă că acest prag depinde și de diametrul membranei emitente. În special, pentru a rămâne în regiunea unei bune dispersivități, difuzorul trebuie să aibă un diametru mai mic sau egal cu jumătate din lungimea de undă pe care o emite. De exemplu, imaginându-ne un difuzor cu diametrul de 17 cm pentru frecvențe medii și joase, putem spune că menține calitățile unei bune dispersivități până la 1000 Hz, deoarece această frecvență are o lungime de undă de aproximativ 34,4 cm.
Într-un fel
Difuzoarele cu un singur sens sunt caracterizate de un singur difuzor, numit bandă largă, capabil să răspândească toate frecvențele utile pentru reprezentarea sunetului. Pentru a face acest lucru, difuzorul trebuie să aibă caracteristici excelente pe întregul spectru de frecvență sonor. Pe scurt, trebuie să aibă un „echipaj mobil” suficient de ușor pentru a putea vibra la frecvență înaltă, în timp ce în același timp trebuie să poată deplasa volume mari de aer pentru a reprezenta bine frecvențele joase. Prin urmare, un difuzor de bandă largă ideal ar trebui să aibă un diametru foarte mare și, în același timp, o masă oscilantă extrem de ușoară.
Doua feluri
Boxele bidirecționale sunt cele mai populare, deoarece reprezintă cel mai bun compromis pentru toate cererile care pot fi făcute. Acestea se caracterizează printr-o unitate cu diametru mare pentru frecvențe joase (un difuzor numit woofer ) și una pentru high (numită tweeter ) care are o suprafață de emisie foarte ușoară și, de obicei, mult mai mică decât cea a wooferului.
Fiecare dintre cele două difuzoare se ocupă apoi doar de un set precis de frecvențe și, prin urmare, nu sunt necesare materiale foarte scumpe și tehnici de construcție, așa cum este cazul pentru banda largă. Pentru a funcționa corect împreună, cele două difuzoare trebuie să fie conectate la un filtru electric ( crossover ) care are sarcina de a distribui frecvențele potrivite difuzorului specific.
Prin urmare, un difuzor cu 2 căi este caracterizat de un dulap cu o cameră de rezonanță, în interiorul căruia există un filtru electric și două difuzoare dedicate montate extern.
Multivie
Un difuzor multidirecțional este similar din punct de vedere conceptual cu un bidirecțional, difuzoarele în acest caz sunt de 3 sau mai multe. Avantajul constă în esență în divizarea ulterioară a benzii audio din următoarele motive: să distribuie mai puține frecvențe difuzoarelor individuale, folosind astfel altele mai specifice; extinderea reproducerii spectrului sonor la limitele benzii, unde de obicei există tendința de a avea, din partea majorității difuzoarelor, o scădere a sensibilității.
La acest tip de difuzoare, circuitul filtrului electric este mai complex și are un cost sensibil.
Analiza specificațiilor și constrângerilor
Până acum am văzut o prezentare generală a constrângerilor generale și a noțiunilor de bază care caracterizează definiția unui sistem de difuzoare de acasă.
Proiectantul trebuie să definească în mod necesar pe hârtie constrângerile și caracteristicile sistemului care urmează să fie construit.
Este, fără îndoială, greșit să acceptăm că alegerea unei configurații de sistem poate „suna” mai bine sau mai rău. Scopul este și rămâne o fidelitate ridicată, iar diferitele alegeri ale proiectului nu vizează căutarea unui nivel de calitate mai bun sau mai rău, ci obținerea unei fidelități ridicate în mediu, în poziția de ascultare și în contextul tuturor condițiilor și constrângerilor dictate de cazul studiat . Condițiile economice se încadrează, de asemenea, în acest set de constrângeri.
Pentru a completa prezentarea generală, ar fi necesar ca utilizatorul final să furnizeze informații precise cu privire la tipul de utilizare la care dorește să-și pună difuzoarele. Nu este vorba de a ști ce muzică va asculta utilizatorul (este de neimaginat că un sunet poate fi reprodus corect dacă provine dintr-o orchestră simfonică, dar nu dintr-o baladă de țară), ci să știe tipul de ascultare pe care îl va face . Pentru a înțelege conceptul tipului de ascultare este necesar să știm cel de „eveniment acustic”. Dar simplificând raționamentul, se poate rezuma că ar fi necesar, cel puțin, să știe cum intenționează utilizatorul să experimenteze evenimentul acustic, fie singur, fie în companie, așezat în centru sau în picioare cu prietenii, ca la o petrecere .. Aflați dacă difuzoarele vor fi dedicate ascultării analitice sau de divertisment, dacă vor fi folosite pentru home theater sau ascultare pur muzicală.
Deoarece nu este adesea posibil să vorbiți cu utilizatorul, este posibil să clasificați cel puțin cele mai frecvente tipuri de „tip” ascultător:
- ascultare analitică,
- ascultare analitică comună,
- ascultare eterogenă,
- ascultare distrasă pentru acompaniament,
- ascultare de grup pentru implicare.
Acestea sunt doar câteva dintre utilizările potențiale și, evident, nu includ alte utilizări care nu sunt menajere (cum ar fi adresele profesionale sau publice) și care nu sunt acoperite în această secțiune.
Prin ascultare analitică (partajată sau nu) înțelegem că utilizatorii consideră muzica ca singurul subiect al sesiunii lor de ascultare. Pe de altă parte, în cazul ascultării eterogene, distrase sau de grup, se înțelege că ascultătorii plasează ca subiect al sesiunii nu muzica (nu neapărat ca un singur subiect), ci, de exemplu, activitățile lor (inclusiv munca): ca o discuție pe un subiect de costum (de exemplu anii 70), divertisment printr-un film, crearea unei atmosfere pentru o petrecere sau o sărbătoare ...
Prin urmare, în primele 2 cazuri, este posibil să constrângeți poziția de ascultare, cu o anumită atenție la configurația partajată. Celelalte tipuri de ascultare, pe de altă parte, vor fi, de asemenea, foarte variabile între ele, mai ales în ceea ce privește poziția de ascultare.
Să ne uităm la câteva exemple orientative.
Ascultarea analitică
Pentru ascultarea analitică putem crede că utilizatorul se pune în cele mai bune condiții, așa că respectă regula triunghiului isoscel 2 pentru 2,5 metri.
În acest caz, dimensiunea mediului poate deveni parametrul principal care trebuie optimizat. În special, pentru camere mici, poate fi oferit, de asemenea, o soluție cu un singur sens. Sistemele unidirecționale se bazează pe difuzoare în bandă largă caracterizate printr-o directivitate remarcabilă la frecvențe înalte. Acest fenomen ne obligă să ne gândim la aceste sisteme în contextul invarianței poziției de ascultare.
Faptul că difuzorul este directiv permite reducerea efectelor câmpului reverberat, iar ascultarea ar putea fi naturală și nu foarte „colorată”, mai puțin dependentă de mediul de ascultare.
Un sistem bazat pe bandă largă ar putea părea, așadar, excelent pentru ascultarea în spații mici și poziții de ascultare invariante.
Dacă ascultarea este apreciată la volume mai susținute și, probabil, partajate, ar putea fi mai potrivit să pregătești un sistem bidirecțional. Această configurație permite o manipulare mai mare a puterii decât o singură pistă, o ușurință mai mare de plasare și o versatilitate considerabilă.
Acesta este doar un exemplu de cum să alegeți o configurație.
Alte tipuri de ascultare
Difuzarea sunetului în condiții în care muzica nu este protagonistă este mai bogată în soluții, de la cele mai puțin costisitoare la cele mai complexe.
Generațiile de electroacustică au definit modele pentru a face reconstrucția corectă a planurilor sonore sau a așa-numitei „etape sonore” cât mai independentă de poziția de ascultare.
Datorită complexității lor, aceste modele se bazează în esență pe sisteme cu mai multe căi. Prin orientarea diferită a axelor de emisie ale difuzoarelor fiecărui difuzor, este posibil să se creeze o situație în care mișcarea ascultătorului în jurul punctului ideal de ascultare să nu afecteze percepția corectă a profunzimii și a planurilor sonore.
Acest tip de configurație este adecvat în special dacă evenimentul sonor trebuie în mod necesar să fie partajat de mai mulți ascultători.
De asemenea, în acest caz, analiza mediului recomandă dimensiunea difuzorului. În special, dimensiunea înălțimii difuzorului este foarte dependentă de preferința ascultării în picioare sau așezat sau nu. Din aceste motive și din alte motive, ne putem imagina că, prin urmare, în acest mediu de ascultare în care muzica poate să nu fie protagonistă și unde evenimentul sonor este împărtășit de mulți oameni, soluțiile de design se vor concentra pe difuzoare care sunt importante în ceea ce privește dimensiunea și înălțime și va fi multivie, de la minim 3 în sus, având în vedere și, evident, dimensiunea camerei de ascultare.
linkuri externe
- (EN)Audio Engineering Society , de la aes.org.
- ( EN ) DBKeele , pe xlrtechs.com .
