Sisteme acustice cu cai multiple

Sisteme acustice cu cai multiple

Din cele prezentate pana acum, rezulta ca incintele acustice si difuzoarele electrodinamice, in general, nu pot asigura transmisia in conditii bune a tntregului spectru de frecventa al semnalului audio. Incintele asigura o imbunatatire a caracteristicii in domeniul frecventelor joase. Pentru o frecventa limita superioara cat mai ridicata, diametrul membranei trebuie sa fie cat mai mic, cerinta contrara celei pentru o putere acustica mare sau pentru redarea frecventelor joase. De aceea, transmiterea sunetului se face adesea impartind spectrul semnalului sonar in mai multe parti (game), fiecare parte fiind transmisa de un difuzor specializat.

Un difuzor sau o incinta cu cai multiple este un sistem de mai multe difuzoare, in general combinate cu retele separatoare, in asa fel incat banda sa nominala de frecventa rezulta din compunerea celor ale difuzoarelor constituente. Sunt posibile structurile aval, cand retelele separatoare (filtrele) sunt plasate intre ampliflcatorul de putere si difuzoare, sau cele amonte, la care retelele de separare sunt plasate in fata a cate unui amplificator de putere, dupa cum se poate observa in figura 4.1

Daca, la prima vedere, cea de a doua varianta pare mai costisitoare, ea necesitand 3 amplificatoare de putere, realizarea de filtre de ordin superior de putere, ca in prima solutie, impune utilizarea de condensatoare si bobine scumpe si de gabarit mare, care pot inversa raportul costurilor, in special in cazul utilizaril amplificatoarelor de putere integrate. In plus, la semnal mic, se pot utiliza filtre active mult mai precise si mai usor de controlat.

Frecventele de separare ale filtrelor sunt limitele benzilor de frecventa ale difuzoarelor. Deoarece componentele spectrale ale semnalului audio (vorba sau muzica) nu au aceeasi intensitate, componentele de frecventa inferioara valorii de 500 Hz, avand o intensitate mai mare decat cele peste aceasta frecventa, scazand si mai mult dupa 3000 Hz (primul formant vocalic are intensitate mai mare decat urmatorii), frecventele de separare se iau de regula la 800 Hz si 5000 Hz, adica ceva mai mari decat frecventele de separare in amplitudine a semnalului vocal.

Difuzoarele utilizate sunt construite special pentru benzile de frecventa alocate si se numesc difuzor de bass, difuzor de medii si difuzor de inalte, pentru partea infenioara, centrala, respectiv superioara a spectrului audio.

La difuzorul de inalte, membrana are diametrul mai mic si este prinsa cu ajutorul unei singure suspensii (cea centrala). Pentru a nu se deforma, membrana este de forma unei calote sfenice. Aceasta are primul nod propriu pentru kr₀ = 13 si, pentru un r₀ mai mare (raza bazei calotei), poate fi ridicat in afara frecventei limita superioare.

La aceasta constructie radiatia de spate a membranei este inchisa de elementele constructive ale circuitului magnetic, deci difuzorul se comporta ca unul montat in incinta inchisa si nu mai trebuie proiectata o alta, el putand fi montat ca atare in incinta difuzorului de joase. La constructia incintei acestuia din urma, se va tine cont de volumul ocupat de difuzorul de inalte.

O problema importanta la constructia incintelor cu cai multiple o constituie realizarea coincidentelor acustice ale membranelor la frecventa de separare, adica plasarea lor la distante mici in raport cu lungimea de unda. Aceasta conditie este necesara pentru ca sa nu existe diferente prea mari de drum pentru undele acustice de la difuzoare la punctul de ascultare. O constructie care elimina acest dezavantaj este difuzorui cu coincidenta. La acesta, membrana difuzorului de frecvente inalte, in calota sferica metalica, este urmata de un pavilion (palnie) care se deschide (este plasat) in axul membranei conice a difuzorului de joase

Bolta de inchidere a conului membranei difuzorului de joase trebuie sa fie in aceasta situatie permeabila pentru sunet; ea va fi realizata din material textil si nu va avea decat un rol de protectie impotriva prafului.

O astfel de constructie este cornplicata si face difuzorul foarte scump. Mai simpla este plasarea unui difuzor de inalte in deschiderea difuzorului de joase.

Aceasta metoda se aplica in special in domeniul auto, in domeniul auditiei Hi-Fi fiind preferate mai multe difuzoare.

In toate situatiile este nevoie de retele separatoare.Fie f₀ frecventa de separare a celor doua cai. Se admite ca centrele celor doua difuzoare sunt confundate si ca radiatia lor nu este directiva. Admitem, de asemenea, ca difuzoarele au aceeasi eficacitate in amplitudine si in faza, nu numai in banda de trecere pe care trebuie sa o transmita fiecare, ci si deasupra lui f₀ in cazul difuzorului de joase, cat si sub f₀ in cazul celui pentru redarea frecventelor inalte.

Fie raspunsul in presiune acustica functie de tensiunea aplicata. Presiunea acustica totala va fi:

unde U si U sunt tensiunile la iesirea din retelele separatoare, care depind de functiile de transfer ale acestora.

In urrna inlocuirii rezulta:

Criteriile de realizare a retelelor separatoare se stabilesc comparand aceasta presiune cu aceea produsa de un difuzor de banda larga ideal caracterizat de aceeasi functie de transfer si caruia i se aplica tensiunea U,

Cerinta cea mai severa este egalitatea lui p si p, atat in valoarea absoluta, cat

si in faza:

Se poate cere numai egalitatea valorilor efective ale presiunilor, de unde al doilea criteriu de realizare a filtrelor de separare:

unde este un defazaj dependent de frecventa intre p si p'.

Al treilea criteriu este un compromis. Se tolereaza o diferenta intre valorile efective ale presiunilor in masura in care aceasta permite reducerea defazajului p sau a complexitatii filtrelor. Acesta se poate scrie:

unde difera putin de unitate si depinde de frecventa.

Proiectarea retelelor de separare se bazeaza pe teoria filtrelor. Intervin insa doua probleme care limiteaza (ingreuneaza) sau, mai bine zis, de care trebuie sa se tina seama in proiectare.

1. Teoria filtrelor se face admitand o impedanta de sarcina reala si constanta in toata gama de frecvente. Aceasta conditie nu poate fi indeplinita decat in structura amonte, deoarece difuzorul, sarcina pentru filtru in structura aval, este departe de a fi a impedanta reala si constanta cu frecventa. Se utilizeaza de aceea, uneori, retele suplimentare pentru compensarea rezonantei mecanice si a efectului inductiv.

2. La filtre se impune, in general, o aceeasi atenuare (3dB) marimii de iesire la frecventa de rezonanta, atat pentru filtrul trece jos, cat si pentru cel trece sus. In cazul presiunii acustice se constata ca, pentru a satisface primul criteriu si al doilea, este necesar ca la frecventa de separare, datorita diferentelor de faza, atenuarea sa fie de 3dB daca H si H sunt in cuadratura si de 6dB daca sunt in faza.

Pentru structura amonte retelele separatoare sunt toate filtre constituite din retele pasive RC si amplificatoare operationale, deoarece lucreaza la valori mici ale semnalului. Vor avea toate avantajele utilizarii circuitelor integrate, posibilitatea realizarii de filtre de ordin superior la un gabarit si un cost reduse. In acest fel, se compenseaza in parte cresterea costului datorata utilizarii mai multor amplificatoare finale.

In structura aval, retelele separatoare sunt filtre pasive cu bobine si condensatoare. Datorita valorilor mari ale condensatoarebor (5 - lOF) si a bobinelor (5 - 2OmH), cat si datorita impunerii (necesitatii) unor pierderi foarte mici, aceste elemente sunt costisitoare, depasind costul amplificatoarelor de putere integrate. In practica, puterea acustica radiata de difuzoarele din fiecare banda nu este decat aproximativ egala. Necesitatea compensarii si a acestei inegalitati complica si mai mult realizarea filtrelor.