Filtre separatoare pentru difuzoare

Montarea eficientă a difuzoarelor în incinte acustice reprezintă una din cele mai importante probleme care trebuie rezolvată de constructorul amator în vederea obţinerii unei audiţii HI-FI. O incintă acustică necorespunzătoare anulează toate performanţele lanţului electroacustic anterior, In ceea ce priveşte distorsiunile armonice, distorsiunile de intermodulaţie, randamentul şi liniaritatea caracteristicii de intrare-ieşire In banda de audiofrecvenţă. In,domeniul construcţiei difuzoarelor s-au efectuat progrese spectaculoase, atît în privinţa materialelor folosite, cit şi a concepţiei tehnice. Firmele producătoare se străduiesc să obţină pentru majoritatea parametrilor tehnici valori apropiate de cele optime, în condiţiile unor preţuri acceptabile, în tabel sînt prezentate o serie de difuzoare româneşti produse de l. Electronică Industrială. Se observă că ele prezintă performanţe comparabile cu cele deţinute de produsele firmelor străine, în urma unor cercetări laborioase, s-a ajuns la concluzia că este foarte dificil de construit un difuzor care să satisfacă toate cerinţele calitative HI-FI In întreaga bandă de audiofrecvenţă. Soluţia practică este folosirea unor difuzoare „specializate" pentru anumite porţiuni din banda de audiofrecvenţă, astfel Incit funcţionarea lor concomitentă să asigure o audiţie corespunzătoare. In mod obligatoriu construcţiile HI-FI impun un număr de minimum două difuzoare, fiecare dintre ele specializat în redarea unor porţiuni din banda de audiofrecvenţă, amplasate într-o incintă acustică dimensionată corespunzător. Majoritatea firmelor producătoare de aparataj electroacustic preferă construcţia unor incinte acustice închise, deoarece construcţia lor este simplă şi cu parametri uşor de controlat. Pentru buna funcţionare a difuzoarelor care sînt montate în incinta acustică, ele trebuie să primească un semnal electric cu spectrul de frecvenţă pentru care fiecare a fost construit. In caz contrar apare o funcţionare total necorespunzătoare. Astfel, dacă difuzorului destinat reproducerii spectrului de joasă frecvenţă i se aplică semnale electrice de înaltă frecvenţă, el constituie un scurtcircuit pentru acestea. Frecvenţele înalte nu vor mai fi redate, iar funcţionarea difuzorului este necorespunzătoare, deoarece apar distorsiuni de valori însemnate (huruit, fîşîit etc.).

Dacă difuzorului destinat redării semnalelor electrice de frecvenţă înalţă i se aplică semnale electrice de joasă frecvenţă, în mod sigur el va fi deteriorat. Pentru funcţionarea corespunzătoare a difuzoarelor, fiecare spectru de frecvenţă trebuie să fie dirijat spre difuzorul specializat redării lui. Acest lucru se face p .In intermediul reţelelor separatoare. Ele reprezintă un ansamblu de filtre electrice, astfel dimensionat Incit să permită împărţirea benzii de audiofrecvenţă In porţiuni bine stabilite.

În acest fel difuzoarele specializate vor fi utilizate cu randament maxim, fiecare dintre ele primind semnalul electric cu spectrul de frecvenţă predestinat. Dacă incinta conţine două difuzoare, filtrele sînt de tipul „trece-jos" şi „trece-sus", iar dacă se folosesc trei sau mai multe difuzoare specializate, filtrele vor fi de tipul „trece-jos", „trece-bandă" şi „trece-sus".

Reţelele separatoare se deosebesc între ele nu numai prin categoriile de filtre pe care le reprezintă ci şi prin complexitatea schemei electrice. Cu toate că, teoretic, domeniile de lucru ale reţelelor separatoare sînt bine determinate, în mod practic apar şi zone de interferenţă. Prin existenţa unor astfel de zone se explică reproducerea simultană de către cele două difuzoare a aceluiaşi semnal electric. Acest lucru poate duce la distorsiuni apreciabile ale semnalului sonor. Pentru a îndepărta acest neajuns, reţelele separatoare se dimensionează astfel încît atenuarea la extremitatea spectrului de frecvenţă transmis (frecvenţa de tăiere f0) să aibă o valoare cît mai ridicată. La incintele acustice care conţin două difuzoare specializate, pentru frecvenţele joase şi frecvenţele înalte, se foloseşte frecvent reţeaua separatoare prezentată în figura 1. Alegînd frecvenţa de separaţie a domeniilor de lucru (frecvenţa de tăiere a filtrului), elementele componente se pot dimensiona utilizînd formulele:

Z = impedanţa difuzorului;

;

f0 = frecvenţa de tăiere.

Aceste reţele asigură o separaţie de 9,5 dB/octavă a semnalelor electrice din zona de separaţie a benzilor audio, în acelaşi timp acest tip de reţea separatoare prezintă o impedanţa de intrare constantă. Pentru o frecvenţă de tăiere f0 = 3 000 Hz şi o impedanţa a difuzoarelor Z = 4 Ω, s-au obţinut valorile L = 30 mH, C =10 μF.

Montajul a fost experimentat utilizînd o pereche de difuzoare de construcţie românească, de tipul P 23052 (WOOFER) pentru redarea frecvenţelor joase şi R20060 (TWEE-JER) pentru redarea frecvenţelor înalte, incinta are dimensiunile interioare 500 x 360 x 250 mm, cu pereţii groşi de 20 mm. Modul de amplasare a difuzoarelor pe panoul frontal este prezentat în figura 2. Pereţii din interiorul incintei (în afara panoului frontal pe care sînt montate difuzoarele) se capitonează cu un strat de vată de cca 5 mm, peste care se aplică un strat de burete de cea 10 mm. Acest strat fonoabsorbant este fixat de pereţii incintei astfel încît să nu se desprindă în timpul funcţionării difuzoarelor (cuişoare subţiri, la capătul cărora există cîte o rondea de cauciuc). Bobinele din filtru se construiesc pe o carcasă de tip mosor, utilizînd pentru bobinaj conductor de CuEm cu diametrul minim 1 mm. Astfel, bobina nu va introduce atenuări la frecvenţele joase datorită rezistenţei proprii a conductorului de bobinaj. Pentru dimensionare se utilizează formula:

L— în microhenry (μΗ);

Rm, a, b — în centimetri; cu semnificaţia din figura 3;

N = numărul de spire

Se porneşte de la o carcasă cu dimensiunea „a" existentă, apoi se estimează dimensiunea „b", din tabele se preia numărul de spire N şi apoi avînd cunoscută dimensiunea Rm se calculează inductanţa L. Prin cîteva încercări se stabilesc numărul de spire şi dimensiunile bobinei. La realizarea practică se adaugă cîteva spire în plus şi, în urma măsurării valorii, inductanţa L se ajustează corespunzător.

O incintă acustică cu rezultate net superioare în ceea ce priveşte fidelitatea, randamentul şi obţinerea unui minim de distorsiuni se obţine utilizînd trei difuzoare specializate în redarea unor subbenzi din spectrul de audiofrecvenţă, Majoritatea firmelor străine practică următoarea împărţire a benzii de audiofrecvenţă (utilizată şi în această lucrare):

— frecvenţe joase: 30 ÷ 700 Hz;

— frecvenţe medii: 700 ÷  5000 Hz;

— frecvenţe înalte: 5 000 ÷ 20 000 Hz.

Pentru construirea unei incinte acustice de 40 W/4 Ω se pot utiliza următoarele tipuri de difuzoare româneşti:

— frecvenţe joase (WOOFER) R20036 sau R20026A;

— frecvenţe medii (SQUAWKER) R30130;

— frecvenţe înalte (TWEETER) R20060.

Schema electrică a reţelei separatoare cu trei căi este prezentată în figura 5, concomitent cu tabelele în care sînt înscrise valorile elementelor componente, în funcţie de impedanţa difuzoarelor (şi deci în final impedanţa boxei — 4Ω sau 8Ω ). Construcţia practică a incintei acustice utilizează un volum (interior) de dimensiunile 720 x 360 x 310 mm, iar pereţii sînt groşi de minimum 20 mm. Amplasarea difuzoarelor pe panoul frontal al incintei acustice se face conform variantei constructive prezentate în figura 4. Elementele componente ale reţelei separatoare se montează pe o placă de sticlosţratitex placat cu folie de cupru, avînd grijă ca sudurile, cu cositor fludor, să fie deosebit de robuste (terminale de cea 3—4 mm ale componentelor reţelei separatoare vor depăşi cablajul, acesta avînd trasee groase de minimum 5 mm, cositorite). Placa cu componente se rigidizează corespunzător în interiorul incintei acustice, astfel încît vibraţiile aerului din interiorul ei să nu provoace deplasarea componentelor. Capitonarea pereţilor interiori ai incintei acustice cu material fonoabsorbant se efectuează ca la exemplul prezentat anterior. Bobinele reţelei separatoare se construiesc utilizînd conductoare de CuEm, cu următoarele diametre: L1 — Φ1 mm; L2 — Φ0,4 mm; L3 — Φ0,6mm; L4 —Φ 0,45 mm. După montarea difuzoarelor şi a reţelei separatoare se realizează conexiunile conform schemei, electrice.

Pentru liniarizarea caracteristicii de transfer intrare-ieşire a incintei acustice se pot modifica cu 5% valoarea rezistorului R1 şi cu 15% valoarea rezistorului R2 Testarea finală amplificator + incintă acustică se face la o putere de cea 25% din cea nominală (în cazul incintei de 40 W, la 10 W).

O incintă acustică la care rezultatele funcţionale sînt deosebit de bune se poate obţine utilizînd patru difuzoare specializate în vederea redării unor porţiuni din banda de audiofrecvenţă. Se foloseşte următoarea împărţire a benzii:

— frecvenţe joase: f = 20 ÷ 300 Hz;

— frecvenţe medii l: f = 300 ÷  1500 Hz;

— frecvenţe medii II: f = 1500 ÷ 6000 Hz;

— frecvenţe înalte: f = 6000  ÷ 20000 Hz.

Schema electrică a reţelei separatoare cu patru căi, împreună cu elementele componente pentru incinta acustică de 40 W, cu impedanţa 4 Ω sau 8 Ω, sînt prezentate în figura 6.

Se pot folosi pentru construcţia practică aceleaşi tipuri de difuzoare româneşti ca şi la incinta acustică cu trei difuzoare, avînd grijă însă ca ele să fie sortate pentru acoperirea eficientă a subbenzilor de frecvenţe medii l şi II.

Incinta acustică are dimensiunile interioare 800 x 390 x 340 mm, etanşată şi capitonată în mod similar N ca în exemplele prezentate anterior. Aceleaşi soluţii constructive se vor adopta şi pentru placa cu elementele reţelei separatoare. Difuzoarele se amplasează pe panoul frontal al incintei acustice într-un mod asemănător aranjamentului din exemplul precedent. Testarea şi liniarizarea caracteristicii de transfer intrare-ieşire este obligatorie în vederea obţinerii unor rezultate optime, în acest sens se pot modifica valorile rezistoarelor R2, R3, R4 cu maximum 15% faţă de valorile prezentate. Bobinele reţelei separatoare se confecţionează utilizînd conductor CuEm cu următoarele diametre: L1 — Φ1 mm; L2 — Φ0,9 mm; L3 — Φ0,45 mm; L4 — Φ0,45 mm; L5 — Φ0,4 mm. Se precizează că la toate tipurile de incinte acustice prezentate, conexiunile mufă de intrare — reţea separatoare — difuzoare se realizează cu conductor multifilar cu diametrul minim Φ 2 mm.