Download - Criterio de Diseno de Cajas
Diseo de sistemas de altavoces para sub-bajos tipo band passJusto Concha Abarca Secretario AES Chile Jefe Departamento Electroacstica Universidad Prez Rosales CDG Ingenieros Consultores
II Congreso Latinoamericano AES, Per 2005
Introduccin El diseo de transductores de salida no permite todava percibir las ventajas del audio de alta fidelidad a cabalidad. Unidad de frecuencias bajas se separa de los otros componentes Para sistemas domsticos tales como HOME THEATER se requieren sistemas de pequeas dimensiones y con una respuesta extendida hacia los bajos. Los sistemas de altavoces se comportan como filtros elctricos, por lo tanto es posible realizar un anlisis de sus respuestas y obtener frmulas y procedimientos para sus diseos.
Tipos de altavocesSegn transduccin electromecnica Segn transduccin mecanoacstica Electromagntico Electroesttico Piezoelctrico Radiacin directa Radiacin indirecta
Altavoces Electromagntico
Sonodeflector infinito
Circuito anlogo de un altavoz electromagntico al aire libre2za 2za
Vo: Voltaje de salida del amplificador Cms: Compliancia mecnica de las suspensiones Ro: Resistencia de salida del amplificador Re: Resistencia elctrica de la bobina rms: responsabilidad mecnica de las supensiones; rms = 1/ Rms L: Inductancia de la bobina S: Bl: Factor de fuerza de la unidad motora Area efectiva del diafragma Za: Movilidad acstica del aire; za = Mms: Masa mecnica del sistema mvil 1/Za
2za 2za
Cmes
Lces
Mms Cmes = 2 2 BlRes
Lces= B l Cms2 2
Bl Re s = Rms
2 2
Funcin respuesta de Zvc impedancia
sLces / Re s = Re+ Re s 2 s CmesLces + sLces / Re s + 1
Zvc Resonancia Rigidez Elasticidad
Masa
Fs
Frecuencia (Hz)
Masa
2za 2za
rae
Rae
Mas
Cas Ras
u0
Mas
Cas
ras
P0
Vo Bl Po = (Ro+ Re) S
B2l 2 Mms Rae= Mas= 2 (Ro+ Re)S 2 S
Cas= CmsS Ras=
2
Rms S2
dB Resonancia Rigidez Elasticidad
Masa
Frecuencia (Hz)Funcin de respuesta
s 2CasMas G (s) = 2 s CasMas + sCasRat + 1
Masa
Sistemas de radiacin directa
Sistema caja cerrada Sistema tipo bass reflex Sistemas Band Pass
Determinacin de Z Circuito Acstico tipo impedancia Circuito vlido para todos los sistemas, slo Za es particular para cada sistema
Sistema de altavoz de radiacin directa tipo caja cerradaG(s)
CabFs Zvc Fc F(Hz)Zona controlada por rigidez
Fs
Fc
F(Hz)
Sistema de altavoz de radiacin directa tipo Bas Reflex
Sistema de altavoz de radiacin directa tipo Bass ReflexG(s) Respuesta del sistema Respuesta del diafragma Cab FB Zvc Respuesta del resonador F (Hz)
Zona controlada por resonancia
Map
FB
F (Hz)
Criterios de diseoSi se us el mtodo de los circuitos anlogos para analizar el comportamiento de los sistemas de altavoces, estos podran ser diseados usando las funciones de filtros elctricos Pantalla infinita
s2CasMas G(s) = 2 s CasMas+ sCasRat+1Caja cerrada
s 2Ts 2 G (s) = 2 2 s Ts + sTs / Qts + 1 s Tc G(s) = 2 2 s Tc + sTc/ Qtc+12
2
2
Caja Bass Reflex
s4TB Ts2 G(s) = 4 2 2 3 2 2 s TB Ts +s (TB Ts/ Qt+TBTs2 / QL) +s2 (+1)TB +TBTs/ QLQt+Ts2 +s(TB / QL +Ts/ Qt +1 )
[
]
Criterios de diseoParmetros Thiele-SmallParmetros del transductor Parmetros del Sistema
Seal pequea Fs (Ts) Qts Qms Qes Re Lvc Sd Vas Bl
Seal grande Xmax Vd Pemax
h: Factor de sintona : Razn de compliancias Qt: Q del sistema
Criterios de diseo
Los sistemas de altavoz en sonodeflector infinito, caja cerrada y caja bass reflex poseen la funcin de respuesta de un filtro pasa altos dentro del rango del pistn Los sistemas en sonodeflector infinito y caja cerrada poseen una funcin de 2 orden y el sistema en caja bass reflex de 4 orden
Criterios de diseoCaja Cerrada
FiltrosRespuesta en amplitud
Criterios de diseo Alineamientos
Criterios de diseo Alineamientos Caja cerrada
Butterworth 4 orden (B4) y Bessel 4Orden (BL4)
Alineamientos Caja Bass reflexQuasi Butterworth (QB3)
Chebyshev (C4)
Criterios de diseoAplicacin del sistemaMonitores de estudio PA Systems Monitores de escenario
Instalacin
Home
Multimedia
Criterios de diseo Forma, tipo de madera y revestimiento
Criterios de diseo Ductos
Mnimo 3
Criterios de diseo Caracterstica del transductorTranductores con Fs baja; masa mecnica (Mms) alta y Qts alto
Caja cerrada
Tranductores con masa mecnica (Mms) baja y Qts bajo
Caja Bass Reflex EBP 50
Qts 0.4
EBP = Fs/Qes
Criterios de diseo
Subwoofer tipo band pass
Determinacin de Za
Es posible encontrar varios tipos de sistemas pasa banda en el mercado, sin embargo, no existe mucho material de estudio disponible y por lo tanto hay desconocimiento del comportamiento y de procedimientos de diseo. En los 4 casos el sistema acta como un filtro pasa banda
Impedancia acstica de Recintos band passSistema de 4 orden Sistema de 6 orden Sistema de 6 orden
Band Pass de 4 orden
F1 debiera ser igual a Fs F2 ser igual a la frecuencia de resonancia del resonador de Helmholtz
Band pass de 6 orden
Con este diseo se obtiene un ancho de banda un poco mayor Las resonancias del sistemas corresponden a los mnimos de la respuesta de imp
Sistema subwoofer 8 orden
Respuestas medidas en laboratorio
Respuestas medidas en laboratorio
RecomendacionesPara mayor ancho de banda se recomienda el sistema de 8 orden Debido a la alta velocidad de patculas que e produce en el ltimo tubo, debiera usarse una seccin acampanada El concepto de band pass est asociado a transductores pequeos, de baja masa y dimetro, poco amortiguados, descartando dicho diseo para sistemas de alta potencia Para mejorar el rendimiento puede usarse ms de un transductor en el interior Debido a la respuesta tipo pasa banda, normalmente no se usa etapa de filtraje alguna La construccin de la caja debe mantener medidas extremas en la reduccin de filtraciones Las paredes deben ser extremadamente rgidas No se recomienda revestimiento resistivo
Conclusiones
La teora clsica de anlisis a travs de analogas dinmicas sigue siendo un buen mtodo de aproximacin para todo tipo de sistema de altavoces, incluidos los sistemas pasa banda. Las diferencias en los resultados entre modelacin y medicin se deben bsicamente a que no han sido consideradas las prdidas que se originan en estos sistemas como son: Prdidas por absorcin, por filtracin, por fuga friccin. Otra posible causa de desviacin en los resultados se puede deber a un acople mutual de masas, tema que debe estudiarse ms a fondo.
Conclusiones
Al descifrar la funcin de respuesta de un sistema se puede adoptar criterios de diseo que permitan predecir el comportamiento de un determinado modelo de subwoofer Gracias a los aportes de Olson, Beranek, Benson,Thiele, Small podemos seguir construyendo nuestros propios sistemas de altavoces La ltima prueba sigue siendo la auditiva
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