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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Enceinte trois voies avec bass reflex. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Haut-parleurs L'auteur est professionnellement engagé depuis de nombreuses années dans la conception et la production de systèmes acoustiques exclusifs. Dans cet article, il parle de la conception d'un ensemble de haut-parleurs stéréo à trois voies, dans lequel sont installées des têtes dynamiques de haute qualité provenant de fabricants étrangers renommés. Le crossover utilise également des composants de haute qualité qui améliorent la fidélité des enregistrements musicaux de divers genres. Ce système acoustique était l'une des pièces exposées au salon Russian Hi-End 2015, où il a suscité l'intérêt de nombreux visiteurs et a obtenu des notes élevées de la part des spécialistes et des amateurs lors des séances d'écoute de démonstration. Le projet de ce système acoustique (AS) a été lancé il y a longtemps, mais la première paire n'a été achevée que lors de la 15e exposition « Russian Hi-End » en novembre 2015. Récemment, la deuxième paire a été réalisée avec des modifications mineures : le corps a été simplifié et le crossover a été légèrement modifié en fonction des résultats d'écoute et de mesures. Les haut-parleurs utilisent des pilotes dynamiques : Morel ET338-104 haute fréquence [1], Scan-Speak 15M/ 4531K00 moyenne fréquence [2] et SEAS H1215 basse fréquence [3]. La tête HF d'une entreprise israélienne à dôme souple se distingue par un système magnétique très puissant et une faible distorsion non linéaire. Malgré la présence de fluide magnétique dans l'espace, il a un son dynamique et transmet bien le son des cuivres et des instruments à percussion. La tête de médium d'un diamètre de 15 cm de la société danoise Scan-Speak de la série Reve-lator est devenue l'une des meilleures têtes de milieu de gamme de tous les fabricants. Son système mobile a une grande course linéaire (spécifiquement pour la tête médium) et permet une fréquence de croisement relativement faible. Les distorsions non linéaires dans la bande de fréquence de fonctionnement sont très faibles : le système magnétique comporte deux anneaux de cuivre linéarisés. Le diffuseur en papier présente des découpes spéciales qui offrent une réponse en fréquence plus douce à la fin du mode piston. Les têtes LF d'un diamètre de 18 cm (6,5 pouces) de la société norvégienne SEAS sont ordinaires avec un diffuseur en papier imprégné à l'extérieur. L'imprégnation assure une baisse douce de la réponse en fréquence au-dessus de la bande de fréquence de fonctionnement. Chaque haut-parleur dispose de deux têtes de ce type installées dans un volume total. Conception acoustique - avec bass reflex (FI). Les deux têtes de 6,5 pouces ont une zone conique légèrement plus grande qu’une tête de huit pouces. De plus, dans le H1215, la région du mode piston s'étend jusqu'à une fréquence de 800 Hz, et dans la tête de 8 pouces de la même société, le mode piston se termine à des fréquences supérieures à 600 Hz. H1215 a le paramètre d'accélération Bl/Mms = 496, et pour une tête de huit pouces, il ne dépasse généralement pas 350. Le volume requis pour les têtes basse fréquence et la fréquence d'accord FI peuvent être estimés dans le programme Unibox Exel (gratuit) (auteur - danois Kristian Kougaard), y compris les paramètres de la tête de la liste des caractéristiques (fiche technique). Ce programme simple et pratique vous permet de prendre en compte de nombreux paramètres de tête, diverses configurations et de calculer diverses conceptions. Lors du calcul, vous devez prendre en compte la résistance active estimée de la bobine du filtre passe-bas. Pour deux H1215 connectés en parallèle, les calculs montrent un volume optimal d'environ 32 litres, et avec un diamètre de tuyau bass reflex de 66 et une longueur de 116 mm, la fréquence d'accord FI est d'environ 43 Hz. Ces dimensions correspondent aux dimensions du bass reflex AH-4 fini de fabrication chinoise. Ensuite, le tuyau FI a été coupé à une longueur de 100 mm. La fréquence d'accord réelle est devenue environ 44 Hz. Dans le prototype, les têtes LF étaient installées chacune dans son compartiment, ce qui permettait d'effectuer correctement les mesures. Des dessins du corps et de ses parties (cadre pour tissu - grille) sont présentés sur la Fig. 1 et 2.
Le corps est en MDF (on utilise parfois du MDF translit - une fine fraction de bois). Le panneau avant et la base ont une épaisseur de 25 mm, les panneaux restants ont une épaisseur de 16 et 20 mm. Le corps est fini en placage et est fixé à une base amovible peinte en noir. Il est recommandé d'installer les enceintes sur des pointes, pour lesquelles des douilles filetées en acier sont prévues à la base. Lorsqu'un système acoustique est conçu à partir de zéro, des maquettes d'enceintes peuvent être nécessaires pour tester la conception, mais dans ce cas (pour l'exposition), il a été décidé de commander immédiatement une enceinte plaquée finie. La cloison inclinée entre les compartiments médium et grave du AC est conçue pour supprimer partiellement l'onde stationnaire verticale dans le boîtier et pour réduire le volume du compartiment médium. Avec une cloison horizontale, ce compartiment s'est avéré trop grand, et pour obtenir le volume requis du compartiment woofer, il a fallu augmenter la hauteur totale de l'enceinte, qui était déjà de plus d'un mètre (1052 mm sans pointes) . Le compartiment médium est rempli à plus de 50 % de polyester de rembourrage, mais l'espace autour de la tête de médium est exempt de polyester de rembourrage. Le filtre d'un système acoustique ne peut être calculé correctement sans mesurer la réponse en fréquence de la pression acoustique et de l'impédance de chaque tête installée dans le boîtier. Pour les mesures acoustiques, un complexe de mesure est nécessaire. Dans sa forme la plus simple, il s'agit d'un microphone, d'une carte son d'ordinateur et d'un programme informatique pour les calculs électroacoustiques. J'utilise le système de mesure LMS de la société américaine LINEARX. Il n'est pas disponible actuellement, mais il est très pratique pour les mesures et permet de mesurer la réponse en fréquence dans une pièce non préparée. Le complexe comprend un microphone, une carte informatique et un logiciel. Il existe d'autres instruments de mesure, par exemple Clio de la société italienne Audiomatica SRL ou MLSSA, mais pour les mesures amateurs, de tels systèmes sont très coûteux. Un outil plus simple est le programme LoudSpeaker LAB 3 de Suède, mais il n'est pas gratuit. Le programme vous permet d'utiliser une carte son d'ordinateur avec un microphone adapté à ces fins. Une solution complète et relativement peu coûteuse est l'ATB PC PRO de la société allemande Kirchner. Malgré sa mise en œuvre un peu primitive, ce programme informatique permet d'effectuer des mesures suffisantes pour produire des enceintes de haute qualité. En figue. La figure 3 montre la réponse en fréquence des têtes dynamiques mesurée par la pression acoustique, et la figure. 4 - caractéristiques de leur impédance. Les réponses en fréquence ont été mesurées à une distance de 0,5 m le long de l'axe de rayonnement des têtes correspondantes. La ligne pointillée est pour la tête HF, la ligne en pointillés est pour la tête médium, la ligne continue est pour la tête LF.
La réponse à la pression acoustique est lissée pour faciliter l’utilisation. Le système n'est pas calibré pour mesurer la valeur absolue de la pression acoustique, les graphiques ne correspondent donc pas à la sensibilité déclarée des têtes. Le niveau du signal est sélectionné en fonction de la commodité des mesures afin que le bruit du système n'interfère pas et qu'il n'y ait pas de distorsion importante. Après les mesures, les graphiques sont exportés vers un programme de simulation, qui permet de simuler la réponse en fréquence et d'autres paramètres du système en tenant compte du filtre. Le programme vous permet également de calculer les éléments de filtre croisé et d'optimiser la réponse en fréquence. J'utilise LspCAD 5.25 d'Ingemar Johansson. C’est assez puissant, mais pas très difficile à maîtriser. Il existe une version ultérieure, mais elle n'est pas assez pratique. Il existe également un programme LEAP très puissant du même LINEARX qui a produit LMS. Il est plus avancé, mais difficile à utiliser. Le résultat final de la simulation est présenté sur la Fig. 5. Le graphique du haut représente la réponse en fréquence totale sur l'axe de la tête HF à l'infini (ligne épaisse) et la réponse en fréquence des têtes avec leurs propres filtres (lignes fines). La réponse en fréquence ne peut pas être qualifiée de fluide, mais ce n'est pas critique, car le simulateur affiche une réponse en fréquence plus uniforme sur l'axe de 5 degrés. au dessus de l'axe de la tête HF. Le graphique inférieur montre les caractéristiques d'impédance des haut-parleurs et des têtes avec les filtres correspondants.
Le circuit de filtre croisé pour un canal de haut-parleur est illustré à la fig. 6.
Le filtre passe-bas utilise un filtre de premier ordre (inductance L4). La bande médium est également coupée en haut et en bas par un filtre de premier ordre (C2 et L2). Un filtre du second ordre (dL1) est appliqué à la bande HF. Les ordres de décroissance acoustique et électrique des filtres ne coïncident généralement pas, car dans la bande d'arrêt du filtre, la réponse en fréquence des têtes présente ses propres irrégularités. Par conséquent, les baisses réelles près des fréquences de croisement dans les bandes LF sont proches de la première, dans les bandes de fréquences moyennes supérieures et HF - plus proches de la troisième en raison des propres baisses de réponse en fréquence des têtes, qui s'ajoutent au baisse apportée par le filtre électrique. Dans le système de haut-parleurs, toutes les têtes sont connectées en phase. En règle générale, les têtes de basse ne peuvent pas être mélangées avec un filtre du premier ordre sans inversion de polarité - le second ordre est plus souvent utilisé. Ici, cela a été réalisé au prix d'une plus grande inégalité de la réponse en fréquence totale. Un ordre de filtre faible signifie des zones de tête plus larges et des motifs de lobes dans le plan vertical avec des lobes centraux étroits. Mais les enceintes dotées de filtres d’ordre inférieur ont un son plus naturel, plus cohérent et plus vivant. Le circuit R6C5 et la bobine L4 forment un filtre bouchon qui supprime une petite augmentation de la réponse en fréquence des têtes de basse, qui est audible à moins que des mesures spéciales ne soient prises. Dans le même temps, ce circuit réduit légèrement la pente de la réponse en fréquence au-dessus de la fréquence de coupure, donc pour compenser cette diminution de pente, le circuit R7C6 est introduit. Le circuit L5C7 (en forme d'encoche) élimine la montée d'impédance des basses aux fréquences autour de 75 Hz. Ceci est nécessaire pour éliminer le pic de la réponse en fréquence du haut-parleur, qui masque les graves les plus graves. Ce phénomène est appelé « pompage », terme inventé par S. D. Bathem. La plupart des fabricants d'enceintes ne prennent pas en compte ce phénomène, bien que certains modèles d'enceintes utilisent un circuit d'égalisation d'impédance similaire. Le crossover utilise des condensateurs en polypropylène, C1 et C2 étant Mundorf Supreme (cher, noir - voir photo ci-dessous). Le prix des condensateurs C2, C3 (assemblage de quatre pièces) est comparable au prix de la tête médium, mais dans le bon sens, la différence de son des haut-parleurs équipés de tels condensateurs est perceptible. Pour économiser de l'argent, il peut être remplacé par un autre - Mundorf Msar (blanc). Vous pouvez utiliser une partie Supreme et une partie MCap (comme C4). Le condensateur C7 est un oxyde non polaire (Mundorf Bipolar). Les bobines sont ordinaires à partir de fil de bobinage, à l'exception de L2 (Mundorf CFC16), qui est enroulé avec un enroulement en ruban (fil JBSPL. Diamètres de fil pour les bobines L1 et L3 (Mundorf L100) - 1 mm, pour L4 (Mundorf L140) - 1,4 mm , pour L5 (Mundorf L71) - 0,71 mm (résistance d'environ 4,5 Ohms). La bobine L5 peut être sur un noyau ferromagnétique, et sa résistance peut différer, dans ce cas la somme de la résistance de la bobine L5 et d'une résistance supplémentaire (non représentée dans le diagramme) doit être approximativement égal à 4,5 Ohm. Les résistances du filtre sont en oxyde métallique (Mundorf MResist MOX). Sur la photo fig. Le crossover 7 est présenté assemblé. Les pièces sont montées sur les bornes à l'aide d'un support articulé et fixées avec de la colle thermofusible sur un panneau en MDF, contreplaqué ou autre matériau d'une épaisseur de 3...6 mm. Les filtres sont assemblés sur deux panneaux : ensemble pour les fréquences moyennes-hautes et séparément pour les basses fréquences. Le panneau de filtre passe-bas est fixé à la paroi latérale des haut-parleurs dans le compartiment inférieur de la tête basse fréquence, et le panneau de filtre pour les têtes de médium et haute fréquence est fixé à la paroi latérale du compartiment supérieur de la tête basse fréquence. . Les trous par lesquels passent les fils des filtres aux têtes moyennes et hautes fréquences doivent être scellés avec de la pâte à modeler.
Voyons quelle impédance réelle et quelle réponse en fréquence ce crossover fournit. En figue. La figure 8 montre la réponse en fréquence des enceintes dans une pièce, prise à une distance de 1 m le long de l'axe de la tête RF. On peut voir qu'il est similaire au produit de simulation (voir Fig. 4), mais il s'est avéré plus fluide que ce que prévoyait le simulateur. Cela se produit souvent du fait que les têtes dynamiques sont considérées par défaut comme une phase minimale lors de la modélisation et de la mesure, mais en réalité, en dehors du mode piston, cela peut ne pas être vrai.
Il ne sera donc pas possible de simuler immédiatement le filtre « correct ». Des modifications des filtres ainsi que des mesures et des écoutes supplémentaires sont nécessaires. En réalité, la réponse en fréquence (lissée au tiers d'octave) s'inscrit dans un écart de ±3 dB, si l'on ne fait pas attention à la réponse en fréquence en dessous de 300 Hz, là où la pièce a un effet notable. En particulier, en raison de l'interférence des signaux directs des haut-parleurs et des signaux réfléchis par le sol, une diminution de la réponse en fréquence est enregistrée au niveau du microphone de l'ordre de 200 Hz environ. En s'éloignant de l'enceinte, cet effet est atténué. Les maxima locaux aux fréquences de 34 et 60 Hz sont provoqués par des ondes stationnaires perçues par le microphone en un point donné (à 34 Hz - entre les murs, à 60 Hz - entre le sol et le plafond). Le maximum dans la région des 140 Hz était dû à la réflexion des meubles à proximité. Compte tenu du léger lissage des caractéristiques, le résultat est tout à fait correct. En figue. La figure 9 montre la réponse en fréquence de l'impédance du haut-parleur. Elle coïncide pratiquement avec celle calculée lors de la modélisation. Un petit pic à 180 Hz est une onde stationnaire verticale non supprimée dans le compartiment basse fréquence. Les repères 100 Hz et 1 kHz sont générés par logiciel, ils ne sont pas présents dans la réalité.
On peut voir que l'impédance dans la plage de fréquences de travail ne descend pas en dessous de 3,3 Ohms et ne dépasse pas 7,2 Ohms (à l'exception de la bosse basse fréquence du bass reflex). Le système peut être considéré comme nominal de quatre ohms et peut être utilisé avec un amplificateur à tube, car il a une impédance assez uniforme et une sensibilité assez élevée. Spécifications du haut-parleur
Sur la photo fig. La figure 10 montre le premier ensemble stéréo d'enceintes (boîtiers le long des bords du stand), fabriqué et présenté au salon Russian Hi-End en 2015. Selon de nombreux visiteurs, avec le coût moyen des composants et de fabrication, la qualité de finition des enceintes est assez élevé, et le son des haut-parleurs est jugé équilibré et naturel dans de nombreux genres musicaux, même si, il faut l'admettre, l'auteur n'y avait pas de phonogrammes de « heavy metal » ou de « rock »...
Noter. Il y a une faute de frappe dans le circuit du filtre. R6 n'est pas 2.2 Ohm, mais 22. Pour Vladimir : la bobine L3 est enroulée avec un fil de 1 mm. Toutes les bobines Mundorf. La résistance totale du R5L3 est d'environ trois ohms. littérature
Auteur : G. Krylov
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