Розробка двохсмугової активної акустичної системи з сабвуфером (стр. 5 из 12)
Для забезпечення необхідної внутрішньої корекції заводом виробником пропонується приймати рівними конденсатори С4 = 100 мкФ, С5 = 68 мкф. Візьмемо полярні електролітичні конденсатори К53-4-25-100 та К53-4-25-68 ОЖО.67.037 ТУ.
Резистори R1 та R2 необхідні для балансу між каналами та регулювання гучності. В даному випадку змінні резистори повинні мати лінійну характеристику. Щоб мікросхема оптичмально виконувала свої функції, дані резистори потрібно взяти із номіналами 10 кОм. Застосуємо резистори СП3-9а-16-10кОм±20%.
На сабвуфер звук заходить із правого та лівого каналів, який для початку необхідно просумувати, а потім регулювати.
Застосуємо наступну схему (рис. 3.4.2).
 |
Коефіціент передачі такого регулятора складає
Кu = -z2/z1. (3.4.1)
Враховуючи, що максимальний коефіціент передачі рівний 1, ланки z1 та z2 повинні бути рівні. Номінали резисторів вибираються в межах від 4,7 до 100 кОм. Для забезпечення оптимальної лінійної регуляції звуку приймаємо R1 = R2 = R3 = 47 кОм, причому резистор R3 є змінним. Застосуємо резистори С2-23-0,125-47кОм±5% А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ. Враховуючи властивості слуху людини, змінний резистор застосуємо із логарифмічною характеристикою СП5-1Б-47кОм ОЖО.468.505 ТУ.
Резистор R4 включений у зворотній зв’язок для того, щоб при R3 = 0 не було короткого замикання виходу на землю. Резистор R4 візьмемо С2-23-0,125-1кОм±5% А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ.
Конденсатор С1 – роздільний конденсатор. Застосуємо конденсатор полярний електролітичний К52-4-10-1 ОЖО.467.037 ТУ.
В якості ОП застосуємо LM301A.
4. Вибір гучномовців та розрахунок корпусів
4.1. Основні елементи конструкції
Корпус АС являється основним конструктивним елементом, формуючи її електроакустичні характеристики в області низьких частот за рахунок регулювання навантаження на тильну поверхню дифузора і використання чи подавлення випромінювання цієї поверхні. Він здійснює суттєвий вплив на електроакустичні параметри АС як в області низьких частот (таких як АЧХ, ФЧХ, характеристика напрямленості , коефіціент нелінійних спотворень), так і в області середніх і високих частот за рахунок коливань стінок корпусу і його внутрішнього об’єму, а також за рахунок впливу форми корпусу на характер дифракційних ефектів.
Найбільш поширеними типами корпусів в сучасних АС є закритий корпус та корпус з фазоінвертором (рис. 5.1.1).
 |
Закритий корпус служить для подавлення випромінювання тильної поверхні дифузора гучномовця. Корпус фазоінверторного типу відрізняється наявністю в ньому отвору, що збільшує рівень звукового тиску у визначеній області низьких частот завдяки випромінюванню тильної поверхні дифузора.
Традиційно в більшості АС застосовують прямокутні корпуса.
Випромінювачі, які використовуються в більшості АС, являють собою електромагнітні головки гучномовців. В ряді АС застосовуються також електростатичні, ізодинамічні та ін.
При виборі типу гучномовця ставляться наступні вимоги:
- ефективний робочий діапазон частот гучномовця повинен повністю охоплювати той діапазон частот, у якому відтворює звук підсилювач;
- нерівномірність частотної характеристики звукового тиску повинна бути найменшою;
- рівень характеристичної чутливості у всіх гучномовців АС повинен бути близьким одни до одного;
- повний коефіціент гармонічних спотворень повинен бути найменшим;
- номінальний електричний опір гучномовця повинен відповідати опору навантаження підсилювача;
- паспортна потужність гучномовця має бути в 1,5...2 рази більшою ніж максимальна вихідна потужність підсилювача.
4.2. Розрахунок конструкції сабвуфера
Виходячи із умов ТЗ та попередніх розрахунків гучномовець для сабвуфера вибираємо виробництва чеської фірми AcousticsTVM типу ARN-150-02/4.
Технічні характеристики:
1. Амплітудно частотна характеристика звукового тиску представлена на рис. 4.2.1.
2. Паспортна потужність 50 Вт.
3. Максимальна короткочасна потужність 100 Вт.
4. Електричний опір 4 Ом.
5. Резонансна частота 45 Гц.
6. Робочий діапазон частот 45...5000 Гц.
7. Рівень чутливості 85 дБ.
8. Еквівалентний об’єм 16 л.
9. Повна добротність 0,24.
10. Габаритні розміри ø 150×65,5 мм.
11. Маса 0,8 кг.
Перед початком розрахунку корпусу перевіримо умову встановлення труби фазоінвертора:
f0/Q > 100, (4.2.1)
f0/Q = 45/0,24 = 0,87.
Звідси бачимо, що даний гучномовець просто природжений працювати у корпусі з фазоінвертором.
Така акустична система в цілому складається так ніби з двох резонансних систем – рухомої системи гучномовця і оформлення з отвором. При правильно вибраному відношенні резонансних частот цих систем відтворення низьких частот значно покращиться в порівнянні з закритими та відкритими акустичними системами з таким же об’ємом оформлення. Це пояснюється тим, що на частотах вище резонансної частоти фазоінвертора швидкість коливань частот в отворі зсунута по фазі від швидкості коливань задньої сторони дифузора рухомої системи.
Для правильного вибору відношення параметрів фазоінвертора скористаємось методикою описаною в [4].
На рис. 4.2.2 приведені криві відношення резонансної частоти фазоінвертора fB до резонансної частоти гучномовця f0, крива добротності гучномовця на резонансній частоті Q і крива відношення частоти fЗ, на якій получається спад до низьких частот частотної характеристики в 3 дБ, до резонансної частоти гучномовця f0. Всі ці величини далі в залежності від величини відношення V0/V еквівалентного об’єму гучномовця до об’єму оформлення.
Встановлюємо перпендикуляр із точки на осі ординат (зліва) Q = 0,24, цій точці відповідає абсциса V0/V = 1,2. Звідси об’єм оформлення:
V = V0/1,2 = 1,6/1,2 = 13 л.
По кривих fЗ/f0 і fВ/f0 аналогічно відраховуємо (по правій шкалі ординат) fЗ/f0 = 0,90 і fВ/f0 = 0,95. Таким чином спад частотної характеристики на 3 дБ буде на частоті:
fЗ = 0,9f0 = 41 Гц.
Резонансна частота фазоінвертора буде рівною
fВ = 0,95f0 = 43 Гц.
Максимальне значення діаметру трубки обмежується тим, що визначена по формулі її довжина має бути не більшою 1/12 довжини хвилі на резонансній частоті. Крім того, трубка своїм другим кільцем не повинна впиратись в стінку, протилежну тій на якій вона закріплена. Цей кінець повинен бути на відстані від стінки не менше ніж на 4 см. Трубку конструктивно можна виконати із картону.
Розміри трубки визначаємо із формули:
, (4.2.2)де d – діаметр трубки;
l – довжина трубки;
с = 343 – пружність повітря в середині об’єму.
Як видно із формули, діаметр трубки і її довжина можуть знаходитись в різних співвідношеннях, задовільняючи при цьому формулу.
Для цього спочатку обчислимо
.Задаємось діаметром трубки 0,05 м ( 5 см).
Тоді її довжина буде
l = (356·d2 – 3,4·d)/4 = (356·64·10-4 - 3,4·8·10-2)/4 = 0,18 м.
Габаритні розміри акустичного оформлення визначаються із співвідношення:
aхbхc = 2х21/2·1. (4.2.3)
Виходячи із формули
V = a·b·c (4.2.4)
можна записати:
0,013 = 2х·21/2х·х,
звідси визначаємо х = 0,166, тоді
а = 2·0,166 ≈ 0,33 м,
b = 21/2·0,166 ≈ 0,24 м,
c = 0,17 м.
Отримуємо габаритні розміри конструкції сабвуфера: 0,33×0,24×0,17.
4.3. Розрахунок конструкції двосмугової акустичної системи
Дана двосмугова акустична система складається із пари “колонок”, тобто правого та лівого каналу. Оскільки вони ідентичні між собою, то достатньо розглянути лише один варіант розрахунку.
Виходячи із ТЗ та попередніх розрахунків в ролі низькочастотного гучномовця вибираємо 20ГДН-2 вітчизняного виробництва.
Технічні характеристики:
1. АЧХ (рис. 4.3.1).
2. Ефективний робочий діапазон частот 80...3150 Гц.
3. Нерівномірність частотної характеристики звукового тиску не більше 18 дБ.
4. Рівень характеристичної чутливості не менше 81 дБ.
5. Робоча потужність 15 Вт.
6. Повний коефіціент гармонійних спотворень на частотах:
200 Гц – 5 дБ;
400...1000 Гц – 4 дБ;
2000 Гц – 2,5 дБ.
7. Номінальний електричний опір 2,5 Ом.
8. Гранична шумова (паспортна) потужність 20 Вт.
9. Гранична довгочасна потужність 30 Вт.
10. Гранична короткочасна потужність 45 Вт.
11. Частота основного резонансу 50 Гц.
12. Габаритні розміри ø 125×70,7 мм.
13. Маса 1,2 кг.
В ролі високочастотного вибираємо гучномовець чеської фірми AcousticsTVM типу ARZ 6604.
Технічні характеристики:
1. АЧХ (рис. 4.3.2).
2. Паспортна потужність 8 Вт.
3. Максимальна короткочасна потужність 25 Вт.
4. Електричний опір 4 Ом.
5. Резонансна частота 55...90 Гц.
6. Робочий діапазон частот 60...20000 Гц.
7. Рівень чутливості 89 дБ.
8. Еквівалентний об’єм 12 л.
9. Повна добротність 1,15.
10. Габаритні розміри ø 200×80 мм.
11. Маса 0,84 кг.
При розрахунку корпусу двосмугової акустичної системи ми не враховуємо високочастотний гучномовець, оскільки він закритий спеціальним ковпаком із внутрішньої сторони: не вноситиме ніяких спотворень на АЧХ низькочастотного гучномовця.