Centra akustyczne i przesunięcia fazowe w głośnikach basowych i driverach

Pytanie

Gdzie znajdują cie centra akustyczne głośnika basowego 15" głębokość do cewki 100 mm i drivera z dużym hornem 370mm x 140mm o gębokości 140 mm. Jakie przeunięcia fazowe istnieją między nimi. W obudowie głośnikowe zamontowane sa 20 mm od krawędzi głośnika basowegi i krawędzi horna. Jak zrekapensować te różnice biorąc pod uwagę również, że zastosowane sa filtry przepustowe pierwszego stopnia dla głośnika basowego i trzeciego stopnia dla drivera
Dziękuję

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Centrum akustyczne głośnika basowego 15" znajduje się w pobliżu cewki, co oznacza, że w tym przypadku będzie to około 80 mm od przedniej krawędzi obudowy (100 mm głębokość cewki - 20 mm cofnięcie w obudowie).
• Centrum akustyczne drivera z hornem o głębokości 140 mm znajduje się w przybliżeniu w połowie głębokości horna, czyli około 120 mm od przedniej krawędzi obudowy (140 mm głębokość horna - 20 mm cofnięcie w obudowie).
• Różnica w położeniu centrów akustycznych wynosi około 40 mm (120 mm - 80 mm).
• Przesunięcia fazowe wynikają z różnicy odległości oraz zastosowanych filtrów: filtr pierwszego rzędu dla głośnika basowego wprowadza przesunięcie fazowe o 90°, a filtr trzeciego rzędu dla drivera wprowadza przesunięcie o 270°.
• Rekompensację można przeprowadzić poprzez fizyczne cofnięcie drivera lub zastosowanie opóźnienia czasowego (delay) w sygnale głośnika basowego.

Szczegółowa analiza problemu

1. Centra akustyczne

• Głośnik basowy 15": Centrum akustyczne głośnika basowego znajduje się w pobliżu cewki drgającej. Przy głębokości cewki wynoszącej 100 mm i cofnięciu głośnika o 20 mm w obudowie, centrum akustyczne znajduje się około 80 mm od przedniej krawędzi obudowy.
• Driver z hornem: W przypadku horna o głębokości 140 mm, centrum akustyczne znajduje się w przybliżeniu w połowie głębokości horna, czyli około 120 mm od przedniej krawędzi obudowy.

2. Przesunięcia fazowe

Przesunięcia fazowe wynikają z dwóch czynników:

1. Różnica odległości centrów akustycznych:

   • Różnica wynosi 40 mm (120 mm - 80 mm).
   • Opóźnienie czasowe wynikające z tej różnicy można obliczyć jako:
     \[
     t = \frac{\Delta d}{v} = \frac{0.04 \, \text{m}}{343 \, \text{m/s}} \approx 0.0001167 \, \text{s} \, (116.7 \, \mu\text{s})
     \]
   • Przesunięcie fazowe dla częstotliwości podziału \( f_c \) wynosi:
     \[
     \phi = 360^\circ \cdot f_c \cdot t
     \]
     Dla przykładu, przy częstotliwości podziału \( f_c = 1 \, \text{kHz} \):
     \[
     \phi = 360^\circ \cdot 1000 \, \text{Hz} \cdot 0.0001167 \, \text{s} \approx 42^\circ
     \]

2. Przesunięcia wprowadzone przez filtry:

   • Filtr pierwszego rzędu (6 dB/oktawę) dla głośnika basowego wprowadza przesunięcie fazowe o 90° w punkcie podziału.
   • Filtr trzeciego rzędu (18 dB/oktawę) dla drivera wprowadza przesunięcie fazowe o 270° w punkcie podziału.
   • Łączne przesunięcie fazowe między głośnikami wynosi:
     \[
     \Delta \phi = 270^\circ - 90^\circ + 42^\circ = 222^\circ
     \]

3. Rekompensacja różnic

Aby zrekompensować różnice w położeniu centrów akustycznych i przesunięcia fazowe:

1. Fizyczne wyrównanie:
   • Cofnięcie drivera z hornem o około 40 mm w głąb obudowy, aby centra akustyczne znalazły się w jednej płaszczyźnie.
2. Elektryczne wyrównanie:
   • Zastosowanie opóźnienia czasowego (delay) dla głośnika basowego. Opóźnienie powinno wynosić około 116.7 µs.
   • Korekcja fazy za pomocą filtrów all-pass lub aktywnych procesorów DSP.
3. Dostosowanie filtrów:
   • Zastosowanie filtrów o zgodnych przesunięciach fazowych, np. Linkwitz-Riley 4. rzędu (24 dB/oktawę), które zapewniają przesunięcie fazowe o 360° dla obu głośników.

Aktualne informacje i trendy

• Współczesne systemy głośnikowe coraz częściej wykorzystują procesory DSP (Digital Signal Processing) do precyzyjnego wyrównania czasowego i fazowego przetworników.
• Popularne oprogramowanie, takie jak REW (Room EQ Wizard) lub dedykowane systemy pomiarowe (np. Klippel, SMAART), umożliwia dokładne pomiary odpowiedzi impulsowej i fazowej, co pozwala na precyzyjne dostrojenie systemu.
• Trendem w projektowaniu systemów głośnikowych jest stosowanie filtrów FIR (Finite Impulse Response), które umożliwiają liniowe wyrównanie fazy w całym paśmie przenoszenia.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Przesunięcie fazowe a częstotliwość: Przesunięcie fazowe zależy od częstotliwości. Przy wyższych częstotliwościach przesunięcie fazowe wynikające z różnicy odległości będzie większe.
• Filtry akustyczne: Filtry wyższego rzędu (np. 4. rzędu) zapewniają lepsze wyrównanie fazowe w punkcie podziału, ale mogą wprowadzać większe opóźnienia grupowe.

Aspekty etyczne i prawne

• Projektowanie systemów głośnikowych powinno uwzględniać zgodność z normami akustycznymi i bezpieczeństwa, szczególnie w przypadku zastosowań komercyjnych.

Praktyczne wskazówki

• Wykorzystaj mikrofon pomiarowy i oprogramowanie do analizy akustycznej, aby dokładnie zmierzyć odpowiedź fazową i czasową systemu.
• Eksperymentuj z fizycznym ustawieniem głośników oraz parametrami filtrów, aby uzyskać najlepsze rezultaty.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Dokładne położenie centrów akustycznych może się różnić w zależności od konstrukcji przetworników. Zaleca się konsultację z dokumentacją techniczną producenta.

Sugestie dalszych badań

• Zbadaj wpływ różnych typów filtrów (np. Butterworth, Linkwitz-Riley) na charakterystykę fazową systemu.
• Przeprowadź pomiary w różnych warunkach akustycznych, aby ocenić wpływ pomieszczenia na odpowiedź fazową.

Krótkie podsumowanie

• Centrum akustyczne głośnika basowego znajduje się około 80 mm od frontu obudowy, a drivera z hornem około 120 mm.
• Różnica w położeniu centrów akustycznych wynosi 40 mm, co powoduje przesunięcie fazowe o około 42° przy częstotliwości podziału 1 kHz.
• Rekompensację można przeprowadzić poprzez cofnięcie drivera, zastosowanie opóźnienia czasowego lub korekcję fazy za pomocą DSP.