Corno esponenziale, suo scopo e applicazione. Corno esponenziale di un fronte d'onda cilindrico, il suo vantaggio

8.3. Altoparlanti a tromba.

Uno dei tipi più comuni di apparecchiature audio ampiamente utilizzate al giorno d'oggi è altoparlanti a tromba.Secondo GOST 16122-87, un altoparlante a tromba è definito come "un altoparlante il cui design acustico è una tromba rigida". Pertanto, una tromba può essere considerata un progetto acustico a tutti gli effetti insieme a quelli discussi in precedenza nella sezione 8.2.3. La capacità delle trombe di amplificare e dirigere il suono nella direzione desiderata (utilizzata da tempo nella creazione di strumenti musicali) ha portato al fatto che gli altoparlanti a tromba hanno iniziato ad essere utilizzati fin dall'inizio dello sviluppo dell'ingegneria elettrica, sono apparsi anche prima di altoparlanti diffusori.

Tuttavia, la creazione di un vero altoparlante a tromba con un design molto vicino a quello moderno inizia nel 1927, quando i famosi ingegneri dei laboratori Bell (USA) A.Thuras e D.Wente svilupparono e brevettarono l'anno successivo un "emettitore a tromba a compressione". . Come altoparlante (driver) è stato utilizzato un trasduttore elettromagnetico con una bobina senza telaio costituita da un nastro di alluminio avvolto su un bordo. Il diaframma del driver era costituito da una cupola di alluminio rivolta verso il basso. Anche allora venivano utilizzate sia la fotocamera pre-corno che il cosiddetto corpo Wente (ne parleremo più dettagliatamente in seguito). Il primo modello 555/55W prodotto in commercio (marca "Western Electric") fu ampiamente utilizzato nei cinema negli anni '30.

Un passo significativo verso l'espansione della gamma verso le basse frequenze è stata l'invenzione di P.Voigt (Inghilterra), dove è stato proposto per la prima volta l'uso di trombe "piegate", oggi ampiamente utilizzate. I primi progetti complessi di trombe a bassa frequenza arricciate per sistemi acustici di alta qualità furono sviluppati da Paul Klipsh nel 1941 e furono chiamati Klipschhorn. Sulla base di questo design con design a tromba, l'azienda produce ancora sistemi acustici di alta qualità.

Va notato che in Russia i primi campioni di altoparlanti a tromba furono creati nel 1929 (ingegneri A.A. Kharkevich e K.A. Lomagin). Già nel 1930-31 furono sviluppati potenti altoparlanti a tromba fino a 100 W per il suono delle piazze rosse e del palazzo.

Attualmente il campo di applicazione degli altoparlanti a tromba è estremamente ampio e comprende sistemi audio per strade, stadi, piazze, sistemi di amplificazione del suono in varie stanze, monitor da studio, sistemi di portali, sistemi domestici di alta qualità, sistemi di diffusione sonora, ecc.

Ragioni La diffusione degli altoparlanti a tromba è dovuta soprattutto al fatto che sono più efficienti, la loro efficienza è del 10%-20% o più (negli altoparlanti convenzionali l'efficienza è inferiore all'1-2%); Inoltre, l'uso di trombe rigide consente la formazione di una determinata caratteristica di direttività, che è molto importante quando si progettano sistemi di amplificazione sonora.

Come funzionano Innanzitutto l'altoparlante a tromba (RG) è un trasformatore di impedenza acustica. Uno dei motivi della bassa efficienza dell'irraggiamento diretto GG è la grande differenza di densità tra il materiale del diaframma e l'aria, e quindi la bassa resistenza (impedenza) del mezzo aereo alle vibrazioni dell'altoparlante. Un altoparlante a tromba (grazie all'uso di una tromba e di una camera pre-tromba) crea un carico aggiuntivo sul diaframma, che fornisce migliori condizioni di adattamento dell'impedenza e quindi aumenta la potenza acustica irradiata. Ciò consente di ottenere un'ampia gamma dinamica, una minore distorsione non lineare, una migliore distorsione transitoria e un minore carico sull'amplificatore. Tuttavia, quando si utilizzano altoparlanti a tromba, sorgono problemi specifici: per emettere le basse frequenze, è necessario aumentare significativamente le dimensioni della tromba, inoltre, livelli elevati di pressione sonora in una piccola camera pre-corno creano ulteriori distorsioni non lineari, ecc.

Classificazione: gli altoparlanti a tromba possono essere divisi in due grandi classi: collo largo e collo stretto. Gli RG a collo stretto sono costituiti da un altoparlante a cupola appositamente progettato chiamato driver, una tromba e una camera pre-tromba (spesso con un inserto aggiuntivo chiamato sfasatore o corpo Wente. Gli RG a collo largo utilizzano la dinamica diretta convenzionale ad alta potenza). -teste degli altoparlanti a radiazione e una tromba il cui diametro della gola è uguale al diametro della testa.

Inoltre, possono essere classificati a seconda della forma del corno: esponenziale, contorto, multicella, bipolare, radiale, ecc. Infine, possono essere suddivisi in riproduzione nel dominio della frequenza: bassa frequenza (solitamente collassata), media e alta frequenza, nonché ambiti di applicazione nelle comunicazioni ufficiali (ad esempio megafoni), nelle apparecchiature per concerti e teatri (ad esempio nei sistemi di portali), nei sistemi audio, ecc.

Nozioni di base sul dispositivo: Gli elementi principali di un altoparlante a tromba a collo stretto, mostrato in Fig. 8.32, includono: una tromba, una camera pre-tromba e un altoparlante.

Corno - è un tubo di sezione variabile su cui viene caricato il driver. Come notato sopra, è uno dei tipi di progettazione acustica. Senza decorazione, l'altoparlante non può emettere le basse frequenze a causa dell'effetto di cortocircuito. Quando si installa un altoparlante in uno schermo infinito o in un altro tipo di struttura, la potenza acustica emessa da esso dipende dal componente attivo della resistenza alle radiazioni Cancro=1/2v 2 Rizl. La componente reattiva della resistenza alla radiazione determina solo la massa d'aria aggiunta. Alle basse frequenze, quando la lunghezza d'onda è maggiore della dimensione dell'emettitore, attorno ad esso si propaga un'onda sferica, mentre alle basse frequenze la radiazione è piccola, predomina la reattanza. , all'aumentare della frequenza aumenta la resistenza attiva, che nell'onda sferica è uguale Rcioè=  cS(ka) 2 /2 (in un'onda piana è maggiore e uguale Rizl=  ConS),S è l'area dell'emettitore, a è il suo raggio, k è il numero d'onda. Una caratteristica speciale di un'onda sferica è che la pressione al suo interno diminuisce abbastanza rapidamente in proporzione alla distanza p~1/r. È possibile fornire un irraggiamento a basse frequenze (ovvero eliminare l'effetto di cortocircuito) e avvicinare la forma d'onda a quella piatta se l'emettitore è posizionato in un tubo la cui sezione trasversale aumenta gradualmente. Questa pipa si chiama boccaglio

Viene chiamato il foro di ingresso del corno in cui si trova l'emettitore gola, e la presa che emette il suono nell'ambiente è bocca. Poiché il corno deve aumentare il carico sul diaframma, la gola deve avere un raggio (area) piccolo affinché avvenga un'efficace trasformazione dell'energia. Ma allo stesso tempo deve avere un diametro della bocca sufficientemente grande, perché nei tubi stretti, dove la lunghezza d'onda è maggiore del raggio dell'uscita -a-, (cioè è soddisfatta la condizione >8a), la maggior parte dell'energia viene riflessa indietro, creando onde stazionarie, questo fenomeno viene utilizzato in ambito musicale strumenti a fiato. Se l'apertura del tubo diventa più grande (<a/3),то Rизл приближается к сопротивлению воздушной среды и волна беспрепятственно излучается в окружающее пространство устьем рупора.

Forma del generatore la tromba deve essere scelta in modo da ridurre la "diffusione" dell'energia, cioè il rapido calo della pressione sonora, quindi, trasforma la forma sferica del fronte d'onda in modo che si avvicini a un'onda piana, il che aumenta la resistenza alla radiazione (in un'onda piana è maggiore che in un'onda sferica) e riduce la velocità di diminuzione della pressione ; inoltre, la scelta della forma della generatrice permette di concentrare l'energia sonora in un dato angolo, cioè forma la caratteristica di direttività.

Pertanto, il corno dovrebbe avere una gola di piccole dimensioni e la sezione trasversale della gola dovrebbe aumentare lentamente, mentre la dimensione della bocca dovrebbe essere aumentata. Affinché si possano ottenere grandi dimensioni della bocca con una lunghezza assiale accettabile del corno, il tasso di aumento della sezione trasversale del corno deve aumentare all'aumentare dell'area della sezione trasversale (Fig. 8.33). Questo requisito è soddisfatto, ad esempio, dalla forma esponenziale del corno:

Sx=S 0 e  X , (8.2)

dove So è la sezione trasversale della gola del corno; Sx è la sezione trasversale del corno ad una distanza arbitraria x dalla gola;  è un indicatore dell'espansione del corno. L'unità di  è 1/m. L'indice di espansione della tromba è un valore misurato dalla variazione della sezione trasversale della tromba per unità della sua lunghezza assiale. Un corno esponenziale è mostrato in Fig. 2, dove si mostra che la lunghezza assiale del corno dL corrisponde ad una variazione relativa costante della sezione trasversale. L'analisi dei processi ondulatori che si verificano in una tromba esponenziale mostra che la resistenza alla radiazione a cui è caricato il radiatore dipende dalla frequenza (Fig. 8.34). Dal grafico risulta che in una tromba esponenziale il processo ondoso è possibile solo se la frequenza di oscillazione dell'emettitore supera una certa frequenza chiamata critico(fcr). Al di sotto della frequenza critica, la componente attiva della resistenza alle radiazioni della tromba è zero, la resistenza è puramente reattiva e pari alla resistenza inerziale della massa d'aria nella tromba. A partire da una certa frequenza, che è circa il 40% superiore a quella critica, la resistenza attiva della radiazione supera la resistenza reattiva, quindi la radiazione diventa piuttosto efficace. Come segue dal grafico in Fig. 8.34, a frequenze più di quattro volte superiori alla frequenza critica, la resistenza alla radiazione rimane costante. La frequenza critica dipende dal rapporto di espansione della tromba come segue:  cr= s/2, Dove Con - velocità del suono.

(8.3)  e frequenza critica f cr (Hz):  ~0,037f cr.

Dall'indice di espansione della tromba dipendono non solo la frequenza critica della tromba, e quindi la risposta in frequenza della resistenza alla radiazione, ma anche le dimensioni della tromba. La lunghezza assiale del corno può essere determinata dalla formula (1) in x=L come:

L=1/  ln S l /S 0 (8.4)

Dall'espressione (3) si può trarre la seguente conclusione: poiché per ridurre la frequenza critica della tromba si dovrebbe ridurre l'indice di espansione della tromba (2), la lunghezza assiale della tromba L dovrebbe quindi aumentare. Questa dipendenza è il problema principale con l'uso di altoparlanti a tromba in sistemi di altoparlanti di alta qualità ed è la ragione per l'uso di trombe "arrotolate". Va sottolineato che quando si costruisce un grafico della resistenza alla radiazione di un corno esponenziale (Fig. 8.36), non viene presa in considerazione la riflessione delle onde dalla bocca nel corno, che avviene sempre parzialmente per corni di lunghezza finita . Le onde stazionarie risultanti creano alcune fluttuazioni nei valori di resistenza alle radiazioni. La riflessione del suono dalla bocca del corno avviene solo nella regione delle basse frequenze. All'aumentare della frequenza, le proprietà acustiche dei mezzi (nella tromba e all'esterno della tromba) vengono livellate, il suono non viene riflesso nella tromba e l'impedenza acustica di ingresso della tromba rimane quasi costante.

Telecamera pre-avvisatore acustico: Poiché la potenza acustica irradiata di un altoparlante dipende dalla resistenza attiva della radiazione e dalla velocità oscillatoria dell'emettitore, per aumentarla negli altoparlanti a tromba a collo stretto si utilizza il principio della trasformazione acustica delle forze e delle velocità, per cui le dimensioni di la gola del corno 2 è più volte ridotta rispetto alle dimensioni dell'emettitore 1 (Fig. 8.35). Il volume risultante tra il diaframma e la gola del corno 3 è chiamato camera pre-corno. Possiamo condizionatamente immaginare la situazione nella camera pre-corno come oscillazioni di un pistone caricato su un tubo largo con area S 1, che si trasforma in un tubo stretto S 0 (Fig. 8.35 Se il diaframma del pistone fosse caricato solo su a tubo largo con un'area pari all'area del diaframma (corno a collo largo), quindi la sua resistenza alle radiazioni sarebbe uguale Rizl= ConS 1 , e la potenza acustica da esso emessa sarebbe approssimativamente pari a Ra= 1/2R cioè v 1 2 =1/2  ConS 1 v 1 2 (queste relazioni sono strettamente valide solo per un'onda piana, ma possono essere applicate in questo caso sotto determinati presupposti.) Quando si installa un diaframma nella camera pre-corno, ad es. quando viene caricato sul secondo tubo con ingresso stretto, si crea una resistenza aggiuntiva (impedenza) alle vibrazioni del diaframma (a causa dell'onda riflessa che si forma alla giunzione dei due tubi. Il valore di questa impedenza è Z L (riferito). al punto di ingresso nel secondo tubo, cioè in x = L ) può essere determinato dalle seguenti considerazioni: se assumiamo che l'aria nella camera del precorno sia incomprimibile, allora la pressione p creata nella camera sotto l'azione di forza F 1 su un pistone (membrana) di area S 1, si trasmette all'aria presente nella gola del corno e ne determina la forza F 0 , agendo nella gola di un bocchino con un'area S 0 :

p=F 1 /S 1 , F 0 =ps 0 (8.5).

Da ciò si ottengono le seguenti relazioni: F 1 /S 1 =F 0 /S 0 , F 1 /F 0 =S 1 /S 0 . Il rapporto tra l'area dell'emettitore e l'area della gola del corno viene chiamato S 1 / S 0 coefficiente di trasformazione acustica ed è designato P. Pertanto il rapporto di forza può essere rappresentato come: F 1 =nF 0 . Dalla condizione di uguaglianza delle velocità volumetriche del diaframma e dell'aria all'imboccatura del corno (cioè dalla condizione di mantenimento del volume d'aria spostata dal diaframma durante gli spostamenti dalla camera precorno), si ricavano le seguenti relazioni ottenuto: S 1 v 1 = S 0 v 0 oppure: v 0 /v 1 =S 1 /S 0 =n.

(8.6).<. V 0), значит, она испытывает большее сопротивление среды при колебаниях. Значение Z L в таком случае (учитывая, что импеданс по определению есть отношение силы к скорости колебаний Z L =F 1 /v 1) будут равны с учетом соотношений (8.5)и (8.6): Z L =F 1 /v 1 =S 1 p/v 1 =S 1 p/{v 0 S 0 /S 1 }=(S 1 2 /S 0 2)S 0 p/v 0 . (8.7)

Le relazioni ottenute permettono di trarre la seguente conclusione: il diaframma, sotto l'influenza di una forza maggiore (F 1 > F 0), oscilla ad una velocità inferiore (V 1

Se il pistone si trovasse all’ingresso di un tubo stretto, allora la sua resistenza sarebbe pari a Rizl=cS 0, mentre per definizione Rizl=F 0 /v 0 =S 0 p/v 0, cioè S 0 p/v 0 =сS 0 , sostituendo questa espressione nella formula (8.7) otteniamo: Z l 1 2 /S 0 2 =(S 0  Con)S 1 /S 0 ) S 1  =(S

Con. (8.8) Questa moltiplicazione dell'impedenza сS 0 per un coefficiente 1 2 /S 0 2 ) (S

equivale all'uso di una sorta di trasformatore step-down, come si può vedere nel corrispondente circuito elettrico equivalente (Fig. 8.37)

Pertanto se, in presenza di resistenza aggiuntiva, la potenza acustica irradiata aumenta ed è pari a: Ra=1/2 Z =1/2  ConS 1 v 1 2 (S 1 /S 0 ). (8.9)

Pertanto, l'uso della trasformazione acustica dovuta alla camera pre-corno consente di aumentare la potenza acustica di (S 1 / S 0) volte, il che aumenta significativamente l'efficienza operativa dell'altoparlante a tromba. Il valore del coefficiente di trasformazione acustica è limitato, poiché dipende dall'area dell'emettitore (S 1) e dall'area della gola della tromba (So). Un aumento dell'area dell'emettitore è associato ad un aumento della sua massa. Un emettitore di grande massa ha una grande resistenza inerziale alle alte frequenze, che diventa paragonabile alla resistenza alle radiazioni. Di conseguenza, alle alte frequenze diminuisce la velocità oscillatoria e quindi la potenza acustica. Il coefficiente di trasformazione acustica aumenta al diminuire dell'area della gola del corno, ma anche questo è accettabile entro certi limiti, perché porta ad un aumento delle distorsioni non lineari. Tipicamente, il coefficiente di trasformazione acustica viene scelto attorno a 15-20.

L'efficienza di un altoparlante a tromba può essere stimata approssimativamente utilizzando la formula: Efficienza=2R E R ET /(R E +R ET ) 2 x100%, (8,10)

dove R E è la resistenza attiva della bobina, R ET =S 0 (BL) 2 /cS 1 2, dove B è l'induzione nell'intercapedine, L è la lunghezza del conduttore. L'efficienza massima del 50% si ottiene quando R E = R ET, cosa che nella pratica non può essere raggiunta.

Le distorsioni non lineari nei GG a tromba sono determinate sia da ragioni ordinarie che sorgono nelle testine degli altoparlanti: interazione non lineare della bobina con il campo magnetico, flessibilità non lineare della sospensione, ecc., sia da ragioni speciali, vale a dire alta pressione nella gola del corno, e gli effetti termodinamici iniziano a influenzare, così come la compressione non lineare dell'aria nella camera pre-corno.

Emettitore, utilizzato per gli altoparlanti a tromba è un altoparlante elettrodinamico convenzionale. Per le trombe a collo largo (senza camera pre-tromba) si tratta di un potente altoparlante per le basse frequenze progetti di unità acustiche, ad esempio Genelek (questa tecnologia è chiamata guida d'onda TL), sistemi audio a portale, ecc.

Gli altoparlanti a tromba a gola stretta utilizzano tipi speciali di altoparlanti elettrodinamici (comunemente chiamati autisti Un esempio del progetto è mostrato in Fig. 8.32. Di norma, hanno un diaframma a cupola realizzato con materiali duri (titanio, berillio, foglio di alluminio, fibra di vetro impregnata, ecc.), realizzato insieme ad una sospensione (ondulazione sinusoidale o tangenziale. Una bobina mobile è fissata al bordo esterno di). il diaframma (telaio in foglio di alluminio o carta rigida con due o quattro strati di avvolgimento). La sospensione è fissata con apposito anello sulla flangia superiore del circuito magnetico. Sopra la membrana è installato un rivestimento anti-interferenza (corpo Wente) - lente acustica per allineare gli sfasamenti delle onde acustiche emesse da diverse parti del diaframma. Alcuni modelli ad alta frequenza utilizzano diaframmi anulari speciali.

Per analizzare il funzionamento degli altoparlanti a tromba nella regione delle basse frequenze, viene utilizzato il metodo delle analogie elettromeccaniche. I metodi di calcolo utilizzano principalmente la teoria Thiele-Small, su cui si basano i metodi di calcolo per gli altoparlanti a cono convenzionali. In particolare, la misurazione dei parametri Thiele-Small per il driver consente di valutare la forma della risposta in frequenza per altoparlanti a tromba a bassa frequenza. La Figura 8.37 mostra la forma della risposta in frequenza, dove le frequenze di flessione della curva sono determinate come segue:f LC =(Q ts)f s /2; f HM = 2f s / Q ts ;

f HVC =R e / L e ; f HC =(2Q ts)f s V as /V fs ;dove Q ts è il fattore di qualità complessivo f s \frequenza di risonanza dell'emettitore; Re , L e – resistenza e induttanza della bobina, V fs – volume equivalente, V as – volume della camera precorno.Un calcolo completo della struttura del campo sonoro emesso dagli altoparlanti a tromba, tenendo conto anche dei processi non lineari, viene effettuato utilizzando metodi numerici (FEM o BEM), ad esempio utilizzando pacchetti software:

http://www.sonicdesign.se/ ;http://www.users.bigpond.com/dmcbean/ ; http://melhuish.org/audio/horn.htm. Poiché uno dei compiti principali degli altoparlanti a tromba è la formazione di una determinata caratteristica di direttività, che è di fondamentale importanza per i sistemi audio per vari scopi, un'ampia varietà di

= forme di corno, i principali sono i seguenti:

=esponenziale corni progettati per combattere l'esacerbazione delle caratteristiche di direttività alle alte frequenze (Fig. 8.38). Un corno sezionale è costituito da una serie di piccoli corni collegati tra loro da gole e bocche. In questo caso, i loro assi risultano distesi nello spazio, sebbene la direzionalità di ciascuna cella diventi più netta con la frequenza, la direzionalità complessiva del gruppo emettitore rimane ampia.

=radiale il corno ha curvatura diversa lungo diversi assi (Fig. 8.39a, b). L'ampiezza del diagramma di radiazione è mostrata nella Fig. 8.43b, dalla quale si vede che nel piano orizzontale è quasi costante, in quello verticale. l'area diminuisce. Questi tipi di trombe sono utilizzati nei moderni monitor da studio, inoltre, sono utilizzati nei sistemi cinematografici.

Vengono utilizzati anche per espandere le caratteristiche di direttività negli altoparlanti a tromba dissipativo acustico lenti (Fig. 8.40).

=diffrazione il corno (Fig. 8.41a, b) ha un'apertura stretta su un piano e un'apertura ampia sull'altro. In un piano stretto ha un diagramma di radiazione ampio e quasi costante, in un piano verticale è più stretto. Le varianti di tali trombe sono ampiamente utilizzate nella moderna tecnologia di rinforzo del suono.

Corno copertura uniforme(dopo diversi anni di ricerca sono stati creati presso JBL), consentono di controllare le caratteristiche di direttività su entrambi i piani (Fig. 8.42a, c).

Forma speciale corna ripiegate utilizzato per creare emettitori a bassa frequenza Fig. 8.43. I primi sistemi cinematografici con tromba piegata per il cinema furono creati negli anni '30. Le trombe arrotolate negli altoparlanti sia a collo stretto che a collo largo sono ora ampiamente utilizzate per unità di controllo di alta qualità, per potenti sistemi acustici in apparecchiature da concerto e teatrali, ecc.

Attualmente sono in produzione altre tipologie di trombe, sia per apparecchiature di amplificazione sonora che per apparecchiature audio domestiche. Nella pratica di creare colonne sonore in grandi sale da concerto, discoteche, stadi, ecc., i set sospesi di altoparlanti a tromba chiamati grappoli.

Come sapete, un altoparlante può essere caricato a tromba. Sono note due modifiche del dispositivo a testa di corno. Nel primo di essi, il cosiddetto collo largo, la gola del corno è direttamente adiacente al diffusore della testa. A causa del fatto che la bocca ha un diametro maggiore del diametro del diffusore della testa, la direzionalità di tale corno è più netta della direzionalità della testa. Pertanto, l'energia sonora si concentra sull'asse della tromba e qui la pressione sonora aumenta.

Nella seconda variante (a collo stretto), il corno è collegato al diaframma (diffusore) della testa attraverso una camera precorno, che svolge un ruolo simile a quello di un trasformatore elettrico di adattamento. Qui la resistenza meccanica del sistema mobile della testa e della gola del corno è consistente, il che aumenta il carico sul diaframma e, per così dire, ne aumenta la resistenza alle radiazioni, grazie alla quale l'efficienza aumenta notevolmente. Ciò consente quindi di ottenere un'elevata pressione sonora.

Esistono molti tipi diversi di trombe, ma praticamente quella più utilizzata negli elettrodomestici è la tromba esponenziale, la cui sezione varia a seconda della legge:

S = S 0 ∙ eβx ,

Dove S 0 – zona dell’ingresso del clacson,

β – indice dell'esponente.

Nella fig. 1 mostra vari profili di tromba:

Come si può dedurre dalla formula sopra riportata, la sezione trasversale di tale corno aumenta della stessa percentuale per ogni unità della sua lunghezza assiale. Il valore di questo incremento percentuale determina la frequenza limite inferiore della tromba. Nella fig. La Figura 2 mostra la dipendenza dell'incremento percentuale della sezione trasversale per 1 cm di lunghezza assiale dalla frequenza limite inferiore. Quindi, ad esempio, per garantire che la tromba riproduca la frequenza limite inferiore di 60 Hz, l'area della sezione trasversale deve aumentare del 2% per ogni 1 cm della sua lunghezza assiale. Questa dipendenza può anche essere rappresentata sotto forma della seguente espressione:

F UAH = 6,25 ∙ 10 3 ∙ lg (0,01 k + 1)

Dove k – incremento dell'area della sezione trasversale, %.

Per le basse frequenze (fino a 500 Hz), questa espressione è semplificata e assume la forma: F UAH = 27k

Se il corno è a sezione quadrata o circolare, il lato del quadrato o il diametro del cerchio dovrebbero aumentare per ogni 1 cm di lunghezza del corno di √ k per cento. Se è costituito da una sezione trasversale rettangolare con altezza costante, la larghezza della sezione della tromba dovrebbe aumentare dik percentuale per ogni 1 cm della sua lunghezza.

Tuttavia, il mantenimento dell'aumento percentuale richiesto della sezione trasversale non è ancora sufficiente per una buona riproduzione delle basse frequenze. È necessario avere un'area sufficiente del suo sbocco: la bocca. Il suo diametro (o il diametro di un cerchio uguale) dovrebbe essere:

D ≥ λ UAH / ∏ ≈ 110/f gr.n

Pertanto, per una frequenza di taglio inferiore di 60 Hz, il diametro della bocca sarà di circa 1,8 m. Per frequenze di taglio inferiori, la dimensione della bocca sarà ancora maggiore. Inoltre la testa del corno, pur riproducendo bene le basse frequenze (sopraF UAH ), non riproduce abbastanza bene un'ampia gamma di frequenze. Detto questo è consigliabile avere due testine per tromba: una per la riproduzione delle basse frequenze e l'altra per le alte frequenze. Nella fig. La Figura 3 mostra l'aspetto e la sezione trasversale di un tale altoparlante con due teste a tromba e un bass reflex per la riproduzione delle frequenze più basseF UAH boccaglio

L'uso di trombe a bassa frequenza in locali residenziali è limitato dalle dimensioni della stanza. Tuttavia, se esiste tale possibilità, il calcolo della tromba dovrebbe iniziare specificando l'area della bocca alla frequenza limite inferiore selezionata, riducendo la sezione trasversale della percentuale per ogni 1 cm di lunghezza assiale fino ad ottenere un'area della sezione trasversale pari a si raggiunge la zona del diffusore della testa. Allo stesso tempo, per accoppiare la testa con un corno a collo largo, il corno deve avere una sezione trasversale della stessa forma, cioè rotondo o ellittico. Per le corna a collo stretto, l'identità della forma della sezione trasversale e del diaframma della testa non è necessaria, poiché la gola e il diaframma sono articolati attraverso la camera precorno. Si noti che l'altezza della camera deve essere significativamente maggiore dell'ampiezza delle oscillazioni del sistema di movimento della testa per evitare il verificarsi di forti distorsioni non lineari dovute all'asimmetria della deformazione del volume d'aria nella camera. Tuttavia, se l'altezza del precorno è troppo elevata, la riproduzione delle alte frequenze viene compromessa.

A volte, per ridurre l'ingombro degli altoparlanti, vengono utilizzate trombe arrotolate, le cui varie esecuzioni sono mostrate in Fig. 4. I corni arrotolati vengono calcolati quasi allo stesso modo di quelli normali. Nel calcolare il profilo è necessario assicurarsi che nei punti di transizione (flessioni del ginocchio) non vi siano cambiamenti improvvisi nelle sezioni che causano irregolarità nella risposta in frequenza.

Un'antenna a tromba è una struttura costituita da una guida d'onda radio e da un corno metallico. Hanno una vasta gamma di applicazioni e vengono utilizzati nelle apparecchiature di misurazione e come dispositivo indipendente.

Cos'è questo

Un'antenna a tromba è un dispositivo costituito da una guida d'onda aperta e un radiatore. Nella forma, tali antenne sono settoriali H, settoriali E, coniche e piramidali. Le antenne sono a banda larga, caratterizzate da un piccolo livello di lobi. Il design del corno con forza è semplice. L'amplificatore gli consente di essere di piccole dimensioni. Ad esempio, le lenti o allineano la fase dell'onda e influiscono positivamente sulle dimensioni del dispositivo.

L'antenna sembra una campana a cui è collegata una guida d'onda. Lo svantaggio principale del corno sono i suoi parametri impressionanti. Per mettere in funzione tale antenna, deve essere posizionata ad una certa angolazione. Ecco perché il corno è più lungo che in sezione trasversale. Se provassimo a costruire un'antenna del genere con un diametro di un metro, sarebbe molte volte più lunga. Molto spesso, tali dispositivi vengono utilizzati come irradiatori a specchio o per la manutenzione di linee di relè radio.

Peculiarità

Il diagramma di radiazione di un'antenna a tromba è la distribuzione angolare della densità di potenza o flusso di energia per unità di angolo. La definizione significa che il dispositivo è a banda larga, ha una linea di alimentazione e un piccolo livello di lobi posteriori del diagramma. Per ottenere una radiazione altamente direzionale è necessario realizzare una tromba lunga. Questo non è molto pratico ed è considerato uno svantaggio di questo dispositivo.

Uno dei tipi di antenne più modernizzati include le corna paraboliche. La loro caratteristica principale e il loro vantaggio sono i lobi laterali bassi, combinati con un diagramma di radiazione stretto. D'altra parte, i dispositivi a tromba parabolica sono grandi e pesanti. Un esempio di questo tipo è l'antenna installata sulla stazione spaziale Mir.

In termini di proprietà e caratteristiche tecniche, i dispositivi clacson non sono diversi da quelli installati sui telefoni cellulari. L'unica differenza è che questi ultimi hanno antenne compatte e sono nascosti all'interno. Tuttavia, le antenne a tromba in miniatura possono essere danneggiate all'interno di un dispositivo mobile, quindi si consiglia di proteggere la custodia del telefono con una custodia.

Tipi

Esistono diversi tipi di antenne a tromba:

piramidale (realizzato a forma di piramide tetraedrica con sezione trasversale rettangolare, usata più spesso);
settoriale (ha una tromba con estensione H o E);
conico (realizzato sotto forma di cono a sezione rotonda, emette onde polarizzate circolarmente);
ondulato (corno ad ampia larghezza di banda, basso livello di lobi laterali, utilizzato per radiotelescopi, antenne paraboliche e satellitari);
corno-parabolico (combina un corno e una parabola, ha un diagramma di radiazione stretto, un basso livello di lobi laterali, funziona nei ripetitori radio e nelle stazioni spaziali).

Lo studio delle antenne a tromba consente di studiarne il principio di funzionamento, calcolare i diagrammi di radiazione e il guadagno dell'antenna ad una determinata frequenza.

Come funziona

Le antenne di misura a corno ruotano attorno al proprio asse, situato perpendicolare al piano. All'uscita del dispositivo è collegato uno speciale rilevatore con amplificazione. Se i segnali sono deboli, nel rilevatore si forma una caratteristica corrente-tensione quadratica. Le onde elettromagnetiche sono create da un'antenna fissa, il cui compito principale è trasmettere le onde del corno. Per rimuovere la caratteristica direzionale, viene girato. Quindi le letture vengono prese dal dispositivo. L'antenna viene ruotata attorno al proprio asse e tutti i dati modificati vengono registrati. Viene utilizzato per ricevere onde radio e radiazioni ad altissima frequenza. Il dispositivo presenta enormi vantaggi rispetto alle unità cablate, poiché è in grado di ricevere un grande volume di segnale.

Dove viene utilizzato?

L'antenna a tromba viene utilizzata come dispositivo separato e come antenna per dispositivi di misurazione, satelliti e altre apparecchiature. Il grado di radiazione dipende dall'apertura del corno dell'antenna. È determinato dalla dimensione delle sue superfici. Questo dispositivo viene utilizzato come irradiatore. Se il design del dispositivo è combinato con un riflettore, si chiama corno-parabalico. Per le misurazioni vengono spesso utilizzate unità amplificate. L'antenna viene utilizzata come specchio o alimentazione del raggio.

La superficie interna del corno può essere liscia, ondulata e la generatrice può avere una linea liscia o curva. Varie modifiche di questi dispositivi di emissione vengono utilizzate per migliorarne le caratteristiche e la funzionalità, ad esempio per ottenere un diagramma assialsimmetrico. Se è necessario correggere le proprietà direzionali dell'antenna, nell'apertura vengono installate lenti di accelerazione o decelerazione.

Impostazioni

L'antenna parabolica a tromba viene sintonizzata nella parte di guida d'onda utilizzando diagrammi o perni. Se necessario, puoi realizzare tu stesso un dispositivo del genere. L'antenna appartiene alla classe di apertura. Ciò significa che il dispositivo, a differenza del modello cablato, riceve il segnale attraverso un'apertura. Più grande è il corno dell'antenna, più onde riceverà. Il rafforzamento è facile da ottenere aumentando le dimensioni dell'unità. I suoi vantaggi includono banda larga, semplicità di progettazione ed eccellente ripetibilità. Gli svantaggi sono che quando si crea un'antenna è necessaria una grande quantità di materiali di consumo.

Per realizzare un'antenna piramidale con le proprie mani, si consiglia di utilizzare materiali poco costosi, come acciaio zincato, cartone resistente, compensato in combinazione con un foglio di metallo. È possibile calcolare i parametri del futuro dispositivo utilizzando uno speciale calcolatore online. L'energia ricevuta dal corno entra nella guida d'onda. Se si modifica la posizione del pin, l'antenna funzionerà su un'ampia gamma. Quando crei un dispositivo, tieni presente che le pareti interne della tromba e della guida d'onda devono essere lisce e la campana deve essere rigida all'esterno.

Dopo il periodo dei primi grammofoni, che utilizzavano universalmente altoparlanti a tromba, la popolarità di questi ultimi diminuì drasticamente a causa delle loro dimensioni relativamente grandi, della complessità di fabbricazione e quindi dei costi elevati. Nonostante oggi i sistemi a tromba a banda larga siano utilizzati solo da pochi appassionati, la maggior parte degli esperti nota all'unanimità una serie di vantaggi sonori inerenti a questo tipo di altoparlante, in particolare l'alto grado di realismo e "presenza". L'articolo delinea brevemente la storia degli altoparlanti a tromba e più in dettaglio = informazioni teoriche e pratiche necessarie per una progettazione competente. I dati sono forniti per vari tipi di corna.

Una tromba esponenziale ideale è costituita da un tubo circolare diritto la cui sezione trasversale aumenta logaritmicamente con la distanza dalla gola (dove è montato l'altoparlante) alla bocca. Le note basse più gravi richiedono una bocca molto ampia (2-3 metri quadrati) e un corno lungo almeno 6 metri. Le note più alte invece richiedono un corno di soli dieci centimetri. Per questo motivo, la maggior parte dei sistemi a tromba full-range includono molti altoparlanti individuali, ciascuno con una lunghezza e un'area della bocca adeguate. Per accogliere queste combinazioni all'interno di un cabinet di dimensioni ragionevoli, le trombe dei bassi e persino dei medi sono a sezione quadrata e "arrotolate" in modo complesso. Sfortunatamente, le inevitabili limitazioni e compromessi causati dalle deviazioni della rettilineità assiale e circolare possono causare importanti cambiamenti nella risposta in frequenza. L'arte di progettare un sistema di altoparlanti di dimensioni e costi ragionevoli consiste nel non sacrificare lo straordinario realismo insito nella tromba ideale.

L'efficienza di un sistema a tromba è solitamente dal 30 al 50% = un valore davvero impressionante rispetto al 2 - 3% per un bass reflex e meno dell'1% per un design chiuso. Le ragioni principali della scarsa popolarità delle corna sono le loro dimensioni e il costo elevato. La dimensione totale della sezione dei bassi, anche ripiegata con successo in un cabinet, sarà molto più grande di un bass reflex o di una scatola chiusa con una frequenza di taglio inferiore comparabile.

Ma, sebbene talvolta si incontrino disegni curiosi di corni diritti lunghi 6 m, risultati eccellenti si possono ottenere da corni di dimensioni più convenienti; ad esempio, un sistema completo può essere ripiegato in un alloggiamento con un volume di soli 150-200 litri, il che è già abbastanza accettabile per l'uso interno. Il costo di realizzazione del mobile è solitamente visto come l'ostacolo principale, e giustamente, poiché la quantità di lavoro necessaria per realizzare un corno piegato è significativamente maggiore di quella di altri tipi di progetti. Inoltre, questo lavoro richiede esecutori altamente qualificati e scarsamente adatto ai metodi “in linea”. Tuttavia, ciò non significa in alcun modo che costruire un corno piegato vada oltre le capacità di un fai-da-te esperto, per non parlare dei professionisti, ed è a loro che è destinato questo articolo.

1.4. Altoparlanti

Classificazione degli altoparlanti: secondo il metodo di emissione del suono, secondo la larghezza della banda di frequenza operativa, secondo il principio di funzionamento Principali caratteristiche operative degli altoparlanti: resistenza elettrica totale, potenza elettrica (nominale e targa), caratteristiche di risposta in frequenza .

Un altoparlante è un dispositivo che converte un segnale sonoro elettrico in ingresso in un segnale acustico udibile in uscita. Per garantire una qualità adeguata, l'altoparlante deve funzionare ad alto volume ed efficiente: riprodurre il segnale sonoro negli intervalli dinamici (udibili) consentiti (85-120 dB) e di frequenza (200-5000 Hz).

Gli altoparlanti hanno la più ampia applicazione in vari ambiti dell'attività umana: nell'industria, nei trasporti, nello sport, nella cultura e nei servizi al consumo. Ad esempio, nell'industria, gli altoparlanti vengono utilizzati per fornire comunicazioni al pubblico (PAC), nei trasporti - per comunicazioni di emergenza, annunci, in ambito domestico - per avvisi di cercapersone e trasmissioni musicali di sottofondo. Nel campo della cultura e dello sport, i più utilizzati sono i sistemi acustici professionali progettati per l'accompagnamento musicale di eventi di alta qualità. I sistemi di supporto sonoro (SSS) sono costruiti sulla base di tali sistemi. Gli altoparlanti vengono utilizzati attivamente in un'ampia gamma di misure organizzative per proteggere la popolazione: nel campo della sicurezza - nei sistemi di allarme e controllo dell'evacuazione (SAEC), nel campo della protezione civile - nei sistemi di allarme locali (LSS) e sono destinati a allarme diretto (sonoro) delle persone in caso di incendio e situazioni di emergenza.

2. Altoparlanti trasformatori

Altoparlanti con trasformatore - gli altoparlanti con trasformatore incorporato sono gli elementi esecutivi finali dei sistemi di trasmissione via cavo, sulla base dei quali vengono costruiti sistemi di allarme antincendio, sistemi di allarme locale e sistemi di diffusione sonora. In tali sistemi viene implementato il principio dell'adattamento del trasformatore, in cui un altoparlante separato o una linea con più altoparlanti è collegato all'uscita ad alta tensione dell'amplificatore di trasmissione. La trasmissione del segnale in una linea ad alta tensione consente di mantenere la quantità di potenza trasmessa riducendo la componente di corrente, minimizzando così le perdite sui fili. In un altoparlante con trasformatore ci sono 2 stadi di conversione. Nella prima fase viene utilizzato un trasformatore per ridurre la tensione del segnale elettrico audio ad alta tensione; nella seconda fase il segnale elettrico viene convertito in un segnale acustico udibile.

L'illustrazione mostra il retro di un altoparlante trasformatore con montaggio a parete. L'altoparlante trasformatore è costituito dalle seguenti parti:

L'alloggiamento dell'altoparlante, a seconda dell'applicazione, può essere realizzato in diversi materiali, il più diffuso dei quali oggi è la plastica ABC. L'alloggiamento è necessario per facilitare l'installazione dell'altoparlante, proteggere le parti sotto tensione da polvere e umidità, migliorare le caratteristiche acustiche e formare il modello di direttività richiesto (NDP).

Il trasformatore step-down è progettato per ridurre la tensione ad alta tensione della linea di ingresso (15/30/60/120 V o 25/75/100 V) alla tensione operativa del convertitore elettrodinamico (altoparlante). L'avvolgimento primario di un trasformatore può contenere più prese (ad esempio, piena potenza, 2/3 di potenza, 1/3 di potenza), consentendo di variare la potenza in uscita. Le prese sono contrassegnate e collegate alle morsettiere. Pertanto, ciascuna di queste prese ha la propria impedenza (r, Ohm) - reattanza (dell'avvolgimento primario del trasformatore) a seconda della frequenza. Scegliendo (conoscendo) il valore dell'impedenza, è possibile calcolare la potenza (p, W) dell'altoparlante alle varie tensioni (u, V) della linea di trasmissione in ingresso, come:

p = u2/r

La morsettiera offre comodità per collegare la linea di trasmissione a varie prese dell'avvolgimento primario dell'altoparlante del trasformatore.

L'altoparlante è un dispositivo per convertire un segnale elettrico in ingresso in un segnale acustico audio (udibile) in uscita. Si collega all'avvolgimento secondario del trasformatore step-down. In un altoparlante a tromba, il ruolo dell'altoparlante è svolto da un altoparlante fissato rigidamente alla tromba.

3. Dispositivo altoparlante

L'altoparlante (trasduttore elettrodinamico) è un altoparlante che converte un segnale elettrico in ingresso in onde sonore in uscita utilizzando un diaframma mobile meccanico o un sistema diffusore (vedi figura, immagine presa da Internet).

L'unità operativa principale di un altoparlante elettrodinamico è un diffusore, che converte le vibrazioni meccaniche in acustiche. Il cono dell'altoparlante è azionato da una forza che agisce su una bobina ad esso fissata rigidamente e situata in un campo magnetico radiale. Nella bobina scorre una corrente alternata, corrispondente al segnale audio che l'altoparlante deve riprodurre. Il campo magnetico nell'altoparlante è creato da un magnete permanente ad anello e da un circuito magnetico composto da due flange e un nucleo. La bobina, sotto l'influenza della forza Ampere, si muove liberamente all'interno dell'intercapedine anulare tra il nucleo e la flangia superiore e le sue vibrazioni vengono trasmesse al diffusore, che a sua volta crea vibrazioni acustiche che si propagano nell'aria.

4. Dispositivo altoparlante a tromba

L'altoparlante a tromba è il mezzo (attivo primario) per riprodurre il segnale audio-acustico nelle gamme di frequenza e dinamica consentite. Le caratteristiche della tromba sono la fornitura di un'elevata pressione sonora acustica grazie ad un angolo di apertura limitato e ad una gamma di frequenze relativamente ristretta. Gli altoparlanti a tromba vengono utilizzati principalmente per annunci vocali e sono ampiamente utilizzati in luoghi con livelli di rumore elevati: parcheggi sotterranei, stazioni degli autobus. Il suono altamente concentrato (strettamente diretto) ne consente l'utilizzo sulle ferrovie. stazioni, nelle metropolitane. Molto spesso, gli altoparlanti a tromba vengono utilizzati per suonare aree aperte: parchi, stadi.

Un altoparlante a tromba (clacson) è un elemento di abbinamento tra il driver (emettitore) e l'ambiente. L'autista, collegato rigidamente al clacson, converte il segnale elettrico in energia sonora, che viene ricevuta e amplificata nel clacson. L'energia sonora all'interno della tromba viene amplificata grazie ad una speciale forma geometrica che fornisce un'alta concentrazione di energia sonora. L'utilizzo di un canale concentrico aggiuntivo nel design consente di ridurre significativamente le dimensioni del corno pur mantenendo le caratteristiche di qualità.

Il clacson è composto dalle seguenti parti (vedi figura, foto presa da Internet):

diaframma metallico (a);
bobina o anello vocale (b);
magnete cilindrico (c);
driver di compressione (d);
canale o sporgenza concentrica (e);
megafono o tromba (f).

Un altoparlante a tromba funziona come segue: un segnale sonoro elettrico viene inviato all'ingresso di un driver a compressione (d), che lo converte in un segnale acustico in uscita. Il driver è fissato (rigidamente) al clacson (f) e fornisce un'elevata pressione sonora. Il driver è costituito da un diaframma metallico rigido (a) azionato (eccitato) da una bobina mobile (bobina o anello b) avvolta attorno a un magnete cilindrico (c). Il suono in questo sistema si propaga dal driver, passando attraverso un canale concentrico (e), viene amplificato in modo esponenziale nella tromba (f), per poi raggiungere l'uscita.

NOTA: In varia letteratura e a seconda del contesto si possono trovare i seguenti nomi del corno: megafono, tromba, altoparlante, riflettore, tromba.

5. Collegamento degli altoparlanti del trasformatore

Nei sistemi di trasmissione, la soluzione più comune è quando è necessario collegare più altoparlanti con trasformatore a un amplificatore di trasmissione, ad esempio per aumentare il volume o l'area di copertura.

Con un gran numero di altoparlanti, è più conveniente collegarli non direttamente all'amplificatore, ma ad una linea, che a sua volta è collegata ad un amplificatore o interruttore (vedi figura).

La lunghezza di tali linee può essere piuttosto lunga (fino a 1 km). È possibile collegare più linee di questo tipo a un amplificatore e devono essere rispettate le seguenti regole:

REGOLA 1: Gli altoparlanti del trasformatore sono collegati all'amplificatore di trasmissione (solo) in parallelo.

REGOLA 2: La potenza totale di tutti gli altoparlanti collegati all'amplificatore di trasmissione (anche tramite il modulo relè) non deve superare la potenza nominale dell'amplificatore di trasmissione.

Per comodità e affidabilità della connessione, è necessario utilizzare morsettiere speciali.

6. Classificazione degli altoparlanti

Una possibile classificazione degli altoparlanti è mostrata in figura.

Gli altoparlanti per sistemi di diffusione sonora possono essere classificati nelle seguenti categorie:

Per area di applicazione,
Secondo le caratteristiche,
In base alla progettazione.

7. Area di applicazione degli altoparlanti

Gli altoparlanti hanno una vasta gamma di applicazioni: dagli altoparlanti utilizzati in spazi interni silenziosi, agli altoparlanti utilizzati in aree aperte rumorose, a seconda delle caratteristiche acustiche - dagli annunci vocali alle trasmissioni musicali di sottofondo.

A seconda delle condizioni operative e del campo di applicazione, gli altoparlanti possono essere suddivisi in 3 gruppi principali:

Altoparlanti per interni: utilizzati per l'uso in spazi chiusi. Questo gruppo di altoparlanti è caratterizzato da un basso grado di protezione (IP-41).
Altoparlanti esterni: utilizzati per l'uso in aree aperte. Tali altoparlanti sono talvolta chiamati altoparlanti da esterno. Questo gruppo di altoparlanti è caratterizzato da un elevato grado di protezione (IP-54).
Gli altoparlanti antideflagranti (antideflagranti) vengono utilizzati per l'uso in aree esplosive o in aree con un elevato contenuto di sostanze aggressive (esplosive). Questo gruppo di altoparlanti è caratterizzato da un elevato grado di protezione (IP-67). Tali altoparlanti vengono utilizzati nelle industrie del petrolio e del gas, nelle centrali nucleari, ecc.

Ad ognuno dei gruppi è possibile associare una corrispondente classe (grado) di protezione IP. Per grado di protezione si intende un metodo che limita l'accesso a parti attive e meccaniche pericolose, l'ingresso di oggetti solidi e (o) acqua all'interno dell'involucro.

Il grado di protezione dell'involucro delle apparecchiature elettriche è contrassegnato dal marchio di protezione internazionale (IP) e da due numeri, il primo dei quali significa protezione dall'ingresso di oggetti solidi, il secondo dall'ingresso di acqua.

I gradi di protezione più comuni per gli altoparlanti sono:

IP-41 dove: 4 – Protezione da corpi estranei di dimensioni superiori a 1 mm; 1 – L’acqua che gocciola verticalmente non deve interferire con il funzionamento del dispositivo. Gli altoparlanti di questa classe sono spesso installati in spazi chiusi.
IP-54 dove: 5 – Protezione antipolvere, in cui una certa quantità di polvere può penetrare all'interno, ma questa non deve interferire con il funzionamento del dispositivo; 4 – Spruzzi. Protezione contro gli spruzzi che cadono in qualsiasi direzione. Gli altoparlanti di questa classe sono spesso installati in aree aperte.
IP-67 dove: 6 – Tenuta alla polvere, in cui la polvere non deve entrare nel dispositivo, protezione completa dal contatto; 7 – Durante le immersioni di breve durata l'acqua non deve entrare in quantità tale da interferire con il funzionamento dell'apparecchio. Gli altoparlanti di questa classe sono installati in luoghi soggetti a influenze critiche. Esistono anche gradi di protezione più elevati.

8. Caratteristiche degli altoparlanti

Gli altoparlanti, a seconda del campo di applicazione e della classe di compiti da risolvere, possono essere ulteriormente classificati secondo i seguenti criteri:

dall'ampiezza della risposta in ampiezza-frequenza (AFC);
per larghezza del diagramma di radiazione (WPD);
dal livello di pressione sonora.

8.1 Classificazione degli altoparlanti in base all'ampiezza della risposta in frequenza

A seconda dell'ampiezza della risposta in frequenza, gli altoparlanti possono essere suddivisi in a banda stretta, le cui bande sono sufficienti solo per riprodurre le informazioni vocali (da 200 Hz a 5 kHz) e a banda larga (da 40 Hz a 20 kHz), utilizzati per riprodurre non solo la parola, ma anche la musica.

La risposta in frequenza di un altoparlante in termini di pressione sonora è una dipendenza grafica o numerica del livello di pressione sonora dalla frequenza del segnale sviluppato dall'altoparlante in un certo punto del campo libero, situato ad una certa distanza dal centro operativo ad un valore di tensione costante ai terminali dell'altoparlante.

A seconda dell'ampiezza della risposta in frequenza, gli altoparlanti possono essere a banda stretta o a banda larga.

Gli altoparlanti a banda stretta sono caratterizzati da una risposta in frequenza limitata e, di regola, vengono utilizzati per riprodurre informazioni vocali nell'intervallo da 200...400 Hz - una voce maschile bassa, a 5...9 kHz - una voce femminile alta.

Gli altoparlanti a banda larga sono caratterizzati da un'ampia risposta in frequenza. La qualità del suono di un altoparlante è determinata dall'entità dell'irregolarità della risposta in frequenza, ovvero la differenza tra i valori massimo e minimo dei livelli di pressione sonora in un determinato intervallo di frequenza. Per garantire una qualità adeguata, questo valore non deve superare il 10%.

8.2 Classificazione degli altoparlanti in base all'ampiezza del diagramma di radiazione

L'ampiezza del modello di direttività (DPW) è determinata dal tipo e dal design dell'altoparlante e dipende in modo significativo dalla gamma di frequenza.

Gli altoparlanti con un PDP stretto sono detti altamente direzionali (ad esempio altoparlanti a tromba, faretti). Il vantaggio di questi altoparlanti è la loro elevata pressione sonora.

Gli altoparlanti con un ampio NDP sono detti wide-direzionali (ad esempio sistemi acustici, colonne sonore, altoparlanti a cassa).

8.3 Classificazione degli altoparlanti in base alla pressione sonora

Gli altoparlanti possono essere convenzionalmente distinti in base al loro livello di pressione sonora.

Il livello di pressione sonora SPL (Sound Pressure Level) è il valore di pressione sonora misurato su una scala relativa, riferito ad una pressione di riferimento di 20 μPa, corrispondente alla soglia uditiva di un'onda sonora sinusoidale con frequenza di 1 kHz. Il valore SPL chiamato sensibilità dell'altoparlante (misurato in decibel, dB) deve essere distinto dal livello (massimo) di pressione sonora, max SPL, che caratterizza la capacità dell'altoparlante di riprodurre il livello superiore della gamma dinamica dichiarata senza distorsioni. Pertanto, la pressione sonora di un altoparlante (indicata sui passaporti come maxSPL) è altrimenti chiamata volume dell'altoparlante e consiste nella sua sensibilità (SPL) e potenza elettrica (targhetta) (P, W), convertita in decibel (dB), secondo la regola dei “dieci logaritmi”:

SPL massimo = SPL + 10Lg(P)

Da questa formula è chiaro che un livello alto o basso di pressione sonora (volume) dipende in gran parte non dalla sua potenza elettrica, ma dalla sensibilità determinata dal tipo di altoparlante.

Gli altoparlanti per interni, di norma, hanno un SPL massimo non superiore a 100 dB, mentre la pressione sonora, ad esempio, degli altoparlanti a tromba può raggiungere i 132 dB.

8.4 Classificazione degli altoparlanti in base alla progettazione

Gli altoparlanti per i sistemi di trasmissione variano nel design. Nel caso più generale, gli altoparlanti possono essere suddivisi in altoparlanti a cabinet (con altoparlante elettrodinamico) e altoparlanti a tromba. Gli altoparlanti da armadio, a loro volta, possono essere suddivisi in soffitto e parete, da infilare e sopraelevati. Gli altoparlanti a tromba possono differire nella forma dell'apertura: rotonda, rettangolare, nel materiale: plastica, alluminio.

Un esempio di classificazione degli altoparlanti in base al design è fornito nell'articolo "Caratteristiche del design degli altoparlanti ROXTON".

9. Posizionamento degli altoparlanti

Uno dei problemi urgenti è la scelta corretta del tipo e della quantità. Con lo schema corretto di posizionamento degli altoparlanti, puoi ottenere buoni risultati: alta qualità del suono, intelligibilità dello sfondo, distribuzione del suono uniforme (confortevole). Diamo alcuni esempi.

Per la sonorizzazione di aree aperte vengono utilizzati altoparlanti a tromba per le loro caratteristiche quali l'elevata direzionalità del suono e l'elevata efficienza.

Si consiglia di installare proiettori acustici nei corridoi, nelle gallerie e in altri ambienti estesi. Il faretto può essere installato sia alla fine del corridoio - faretto unidirezionale, sia al centro del corridoio - faretto bidirezionale e può penetrare facilmente per lunghezze di diverse decine di metri.

Quando si utilizzano altoparlanti da soffitto, è necessario tenere conto che l'onda sonora proveniente dall'altoparlante si propaga perpendicolarmente al pavimento, pertanto l'area suonata, determinata all'altezza delle orecchie degli ascoltatori, è un cerchio, il cui raggio per si considera un diagramma di radiazione di 90° pari alla differenza tra l'altezza del soffitto (montaggio dell'altoparlante) e la distanza dai segni di 1,5 m dal pavimento (secondo i documenti normativi).

Nella maggior parte dei problemi per il calcolo dell'acustica del soffitto, viene utilizzato il metodo dei raggi (geometrici), in cui le onde sonore vengono identificate con raggi geometrici. In questo caso, il diagramma di radiazione dell'altoparlante da soffitto determina l'angolo della parte superiore del triangolo rettangolo e metà della base determina il raggio del cerchio. Pertanto, per calcolare l'area sonora di un altoparlante da soffitto, è sufficiente il teorema di Pitagora.

Per garantire un suono uniforme in tutta la stanza, gli altoparlanti devono essere installati in modo che le aree risultanti si sovrappongano leggermente tra loro. Il numero richiesto di altoparlanti si ottiene dal rapporto tra l'area suonata e l'area suonata da un altoparlante. Il posizionamento degli altoparlanti è determinato dalla geometria dell'edificio. La distanza tra gli altoparlanti, o spaziatura, viene determinata in base alle aree di copertura. Se il posizionamento non è corretto (superando l'altezza), il campo sonoro sarà distribuito in modo non uniforme e in alcune aree si verificheranno avvallamenti che peggiorano la percezione.

Nel caso di utilizzo di altoparlanti con elevata pressione sonora, il livello del riverbero di fondo aumenta, il che porta a un fenomeno negativo come l'eco. Per compensare questo effetto, il pavimento e le pareti della stanza vengono ricoperti o rivestiti con materiali fonoassorbenti (ad esempio tappeti). Un'altra causa di riverbero è il posizionamento errato degli altoparlanti. Nelle stanze con soffitti alti, gli altoparlanti posizionati uno vicino all'altro possono causare molte interferenze tra loro. Per ridurre questa influenza è consigliabile posizionare gli altoparlanti a una distanza maggiore, ma per mantenere le caratteristiche bisognerà aumentare la potenza. In questi casi, potrebbe essere consigliabile utilizzare altoparlanti audio sospesi.

Il posizionamento degli altoparlanti nelle stanze viene effettuato dopo i calcoli preliminari. I calcoli possono sia confermare che determinare vari schemi di disposizione, i più efficaci dei quali sono: disposizione secondo il “reticolo quadrato”, il “triangolo”, lo schema a scacchiera. Per il posizionamento degli altoparlanti nei corridoi, il parametro di progettazione principale è la spaziatura.

Le problematiche relative ai calcoli elettroacustici e al posizionamento degli altoparlanti verranno trattate in dettaglio nel prossimo articolo.