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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Haut-parleur à trois voies avec tête W21 EX 001. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / l'audio L'objectif du développement de la conception décrite était de créer un haut-parleur de taille relativement petite avec des caractéristiques électro-acoustiques élevées, adaptées à la répétition dans des conditions amateurs. Lors du choix des haut-parleurs dynamiques, leurs paramètres électroacoustiques ont été pris en compte, ainsi que l'expérience de conception de plusieurs haut-parleurs que l'auteur avait précédemment développés. Pour les basses fréquences, la tête dynamique SEAS W21EX 001 a été choisie. Au début du développement, il y avait une expérience positive dans l'utilisation du W21EX 001 dans un haut-parleur bidirectionnel de type fermé, qui offrait une qualité de reproduction des basses fréquences assez élevée. Pour les fréquences moyennes, une tête SEAS H143 avec diffuseur en papier a été choisie, pour les hautes fréquences - PEERLESS 810665 sans fluide magnétique, avec un dôme en tissu imprégné. Un dessin du boîtier du haut-parleur est présenté sur la Fig. 1. Le boîtier a un volume utile de 28 litres pour la tête de grave et de 2,7 litres pour la tête de médium. Ces volumes sont remplis de ouate polyester basse densité. Afin de réduire les vibrations, la surface intérieure du boîtier est recouverte d'une isolation en hydroverre.
Des superpositions sont utilisées pour un amortissement supplémentaire des parois latérales. Les garnitures comportent des évidements ronds dans lesquels sont insérées des rondelles en caoutchouc dont l'épaisseur dépasse de 0,5 mm la profondeur des évidements. Les couvercles sont fixés aux parois latérales avec des vis autotaraudeuses. Au fur et à mesure que les coussinets sont pressés, les rondelles se déforment et s'ajustent étroitement à la paroi latérale du boîtier. La surface extérieure de la carrosserie est recouverte de placage de cerisier, les doublures sont peintes avec de la peinture acrylique noire. Des superpositions sombres sur fond de placage clair soulignent la forme de la structure, donnant au corps un aspect plus harmonieux. Il est conseillé de porter une attention particulière à la description du crossover, car il s'agit d'un élément important d'une enceinte à trois voies. Commençons par clarifier quelques concepts. L'intervalle de fréquence dans lequel les deux têtes participent à la formation de la réponse en fréquence résultante en termes de pression acoustique est la région de rayonnement commun des têtes dynamiques, et la fréquence de croisement est située à l'intérieur de cette région. Avec des décroissances symétriques de réponse en fréquence dans la pression acoustique, la fréquence de croisement peut être calculée comme la moyenne géométrique des fréquences qui définissent les limites de la région de coémission. Par souci de concision (en raison de mentions fréquentes), nous appellerons les dépendances du module d'impédance sur la fréquence des têtes dynamiques et les caractéristiques Z du haut-parleur. Lors du développement du crossover, l'objectif était de garantir une inégalité minimale dans la réponse en fréquence du haut-parleur en termes de pression acoustique. Pour simuler le croisement, le programme LEAR a été utilisé, qui vous permet de travailler avec la réponse en fréquence mesurée et les caractéristiques Z des têtes dynamiques. Cela permet de prévisualiser le fonctionnement des différents circuits de filtrage, d'obtenir des résultats assez clairs, et de sélectionner l'option de mise en œuvre la plus appropriée. Le programme LEAP dispose d'un optimiseur qui vous permet de calculer automatiquement n'importe quel élément filtrant selon un critère donné (par exemple, l'irrégularité minimale de la réponse en fréquence dans une plage de fréquences donnée). Les données initiales pour développer un crossover sont la réponse en fréquence de sensibilité et les caractéristiques Z des têtes dynamiques. Toutes ces caractéristiques sont mesurées dans l’enceinte après ajustement de la conception acoustique. Pour sélectionner les fréquences de croisement optimales, la réponse en fréquence de toutes les têtes a été mesurée à l'aide d'un microphone situé le long de l'axe de la tête à une distance de 0,5 m, et les résultats ont été moyennés par intervalles de 0,2 octaves. Les caractéristiques Z ont été mesurées en mode générateur de courant. Déterminons grossièrement les fréquences de croisement sur la base d'une analyse de la réponse en fréquence des têtes dynamiques. La réponse en fréquence de la tête LF (Fig. 2) présente une irrégularité de 3 dB dans la plage de fréquences 60...500 Hz ; de plus, avec l'augmentation de la fréquence, il s'ensuit une augmentation avec un maximum à une fréquence de 1,3 kHz. Cette nature de la réponse en fréquence ne pose pas de problème, car dans un haut-parleur à trois voies, vous pouvez utiliser une tête basse fréquence dans la plage de fréquences ne dépassant pas 600 Hz, où l'irrégularité de la réponse en fréquence est assez faible.
La réponse en fréquence de la tête médium (Fig. 3) dans la plage de fréquences 600...4000 Hz présente une irrégularité de 4 dB. L'irrégularité de la réponse en fréquence est caractérisée par une augmentation à une fréquence de 1 kHz et une baisse dans la plage de 1,5 à 3 kHz. Lors du développement de filtres croisés, il est souhaitable de réduire les irrégularités de la réponse en fréquence de la tête médium. Pour ce faire, il est conseillé de sélectionner une fréquence de croisement proche du creux de sa réponse en fréquence. Choisissons une fréquence de croisement de 3 kHz et vérifions comment elle correspond aux paramètres de la tête RF.
La réponse en fréquence de cette tête (Fig. 4) dans la plage de 3 à 20 kHz présente une irrégularité de 3 dB et la fréquence de résonance est d'environ 950 Hz. Lors du développement d'un filtre, il faut tenir compte du fait que pour protéger la tête HF des surcharges avec les fréquences moyennes, il sera nécessaire de prévoir une atténuation du signal à une fréquence de 950 Hz d'au moins 20 dB. À une fréquence de coupure de 3 kHz, l'atténuation requise peut être obtenue à l'aide d'un filtre passe-haut du troisième ordre.
Le circuit croisé est représenté sur la Fig. 5. Les signaux basse fréquence sont fournis à la tête dynamique W21EX001 via un filtre passe-bas du second ordre L4C7, qui permet une chute de la réponse en fréquence en pression acoustique de 3 dB à une fréquence de 500 Hz. Le circuit R5C8 compense l'augmentation de l'impédance de la tête avec l'augmentation de la fréquence. La baisse symétrique de la réponse en fréquence de la tête médium forme un filtre passe-haut du premier ordre dans lequel fonctionne le condensateur C3.
L'utilisation d'un filtre de premier ordre avec l'atténuation de réponse en fréquence requise avec une pente de 12 dB par octave s'est avérée possible du fait que le début de l'atténuation naturelle de la réponse en fréquence de la tête médium s'est avéré être proche de la fréquence de croisement. La formation d'une baisse de la réponse en fréquence s'est produite à la suite de l'interaction des caractéristiques de transfert du filtre et de la baisse naturelle de la réponse en fréquence de la tête médium. Le pic de résonance dans la caractéristique Z de cette tête est compensé par le circuit série L3C6R4. Les éléments R3 et C5 compensent l'augmentation de la résistance de la tête médium avec l'augmentation de la fréquence. Dans le circuit de compensation, R4 est sélectionné de telle sorte que la résistance active totale de l'inductance et de la résistance R4 soit de 9 Ohms. En figue. La figure 6 montre les résultats de la compensation de la non-linéarité inhérente à la caractéristique Z de la tête médium. Le filtre passe-bas du second ordre L2C4 forme une atténuation dans la réponse en fréquence de la tête médium, qui commence à 2,5 kHz.
Un filtre passe-haut de troisième ordre fonctionne conjointement avec la tête haute fréquence, qui fournit une atténuation de 2,5 dB à une fréquence de 5 kHz. Le Divider R1R2 correspond à la tête HF en termes de niveau de pression acoustique avec les têtes MF et LF. Les paramètres des éléments de croisement ont été sélectionnés à l'aide de l'optimiseur du programme LEAP selon le critère d'irrégularité minimale de la réponse en fréquence du haut-parleur en termes de pression acoustique. En figue. La figure 7 montre la réponse en fréquence des têtes dynamiques travaillant en conjonction avec des filtres et la réponse en fréquence résultante du haut-parleur. Pour plus de clarté, le niveau de réponse en fréquence des têtes dynamiques est réduit de 1 dB.
La région de rayonnement commun des têtes LF et MF se situe dans la plage de 400...900 Hz, située symétriquement par rapport à 600 Hz. Leur réponse en fréquence en termes de pression acoustique se croise à une fréquence de 550 Hz. La région de rayonnement commun des têtes de fréquence moyenne et haute fréquence se situe dans la plage de 2,5...4 kHz, située symétriquement par rapport à 3,16 kHz. La réponse en fréquence de la pression acoustique des têtes de fréquence moyenne et haute se croise à une fréquence de 2,9 kHz. En figue. La figure 8 montre les caractéristiques de transfert des filtres.
Considérons leurs traits caractéristiques. Le filtre, travaillant en conjonction avec la tête passe-bas, crée une légère atténuation dans la région des basses fréquences. L'atténuation commence à 50 Hz et atteint 20 dB à 1 Hz. C'est l'effet du changement d'impédance de la tête du woofer : l'impédance diminue de 30 à 8 Ohms lorsque la fréquence passe de 50 à 20 Hz. Le filtre pour la tête médium est utilisé en plus de limiter la bande de fréquence de fonctionnement et d'ajuster la réponse en fréquence en fonction de la pression acoustique ; par conséquent, sa caractéristique de transfert dans la bande de transparence n'a pratiquement pas de section plate. En conséquence, dans la bande de fréquences 1...3 kHz, l'inégalité de réponse en fréquence du haut-parleur est de 1,5 dB, tandis que la tête de médium dans cette plage a une réponse en fréquence inégale de 4 dB. Le filtre, qui protège la tête HF des signaux basse fréquence hors bande, assure une atténuation de 950 dB à une fréquence de 24 Hz. Le crossover utilise des résistances céramiques à film métallique d'une puissance de 5 W. Condensateurs C1, C2, C4 - avec diélectrique en polypropylène pour une tension de fonctionnement de 250 V de Solen. Les condensateurs C3, C5, C7, C8 sont des condensateurs à film avec diélectrique lavsan (MKT axial) pour une tension de fonctionnement de 160 V. C6 est un condensateur Jamicon à oxyde apolaire pour une tension de fonctionnement de 35 V. Les inducteurs sont enroulés sur des cadres en plexiglas. Le diagramme montre les valeurs maximales admissibles de la résistance active des inducteurs. Les données d'enroulement des bobines sont résumées dans le tableau. Il utilise les désignations suivantes : D - diamètre du cadre ; H - hauteur d'enroulement ; T - largeur d'enroulement ; N - nombre de tours ; d - diamètre du fil.
En figue. La figure 9 montre la caractéristique Z du haut-parleur. La valeur minimale de l'impédance du haut-parleur est de 4,3 ohms à 300 Hz. Au-dessus de 3 kHz, la résistance augmente, atteignant un maximum de 18 ohms à 7 kHz.
Cette augmentation de l'impédance peut entraîner une reproduction accentuée des hautes fréquences lorsque le haut-parleur est piloté par un amplificateur à tube ayant une impédance de sortie plus élevée. Pour compenser l'augmentation, un circuit série R6L5C9 peut être connecté en parallèle aux bornes d'entrée du haut-parleur (voir Fig. 5). La caractéristique Z avec compensation de portance est illustrée à la Fig. dix.
Ceux qui aiment réduire le nombre d'éléments de croisement peuvent exclure la compensation du pic de résonance de la tête médium. En figue. La figure 11 montre l'évolution de la réponse en fréquence de la pression acoustique de cette tête, obtenue grâce à l'élimination du circuit de compensation R4L3C6. Sans compensation au niveau de 12 dB, la baisse de la réponse en fréquence atteint une petite « étagère » dans la plage de 150...300 Hz. La modification de la réponse en fréquence se produit principalement en dehors de la zone de rayonnement mutuel et n'entraîne pas de changements notables dans la réponse en fréquence du haut-parleur. À l'oreille, il est difficile de remarquer une certaine détérioration du son associée à l'exclusion du circuit de compensation.
L'écoute du haut-parleur s'effectue avec un amplificateur de puissance à transistor. Tous ceux qui ont participé à l'audition ont donné des commentaires positifs, notant une bonne articulation des basses et un son neutre dans les fréquences moyennes et hautes. Le son basse fréquence du haut-parleur a été jugé adéquat pour sa taille, mais insuffisant pour une reproduction de haute qualité de programmes dans lesquels les fréquences inférieures à 60 Hz jouent un rôle important. Vous pouvez étendre la gamme de fréquences du haut-parleur jusqu'à 35 Hz en introduisant un bass reflex pour la tête dynamique W21EX 001. Auteur : S.Bat, Moscou
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