Diseo, implementacin y caracterizacin de cajas acsticas

Diseo, implementacin y especificacin de cajas acsticasAutor: Jose Miguel Guardeo RomeroTutora: Mara del Carmen Clemente Medina

Proyecto Fin de CarreraIngeniera Tcnica de TelecomunicacionesSonido e ImagenFebrero 2009

Desarrollo de la exposicinIntroduccinDiseo tericoImplementacinEspecificacin en laboratorioConclusionesIntroduccin

ObjetivosDiseo e implementacin de un altavoz de 3 vas con refuerzo de graves (Bass-Reflex)Respuesta en frecuencia extensaRespuesta en frecuencia planaPresupuesto asequible (minimizar costes)Introduccin

Diafragma:-Rm-Cm-MmIntroduccinAltavoz dinmico de bobina mvilNecesidad del uso de cajasAltavoz omnidireccional a baja frecuenciaRadiacin por ambas carasDesfase 180 entre radiacionesProblema: Interferencias destructivasSolucin: aislar radiacin trasera

IntroduccinNecesidad de uso de varias vasBuena respuesta en baja frecuenciaNecesidad diafragma grande y rgidoNecesidad de gran suspensinBuena respuesta en alta frecuenciaNecesidad diafragma ligeroNecesidad de suspensin pequeaProblema: Ningn altavoz cubre todo el rangoSolucin: usar ms de un altavoz con filtrado

IntroduccinConceptos previosTransduccin electro acsticaDiseo TericoElctrico(v,i)

Mecnico(f,u)

Acstico(p,U)

Elctrico(v,i)

Mecnico(f,u)

Acstico(p,U)

Emisor (Altavoz)Receptor (Micrfono)Conceptos previosUso de analogas electroacsticas (circuitos)

Sistema mecnico Masa-Resorte

Analoga impedanciaSistema resonador de HelmholtzAnaloga impedancia

Diseo TericoConceptos previosCircuito electroacstico completo (interconexin)Diseo Terico

Parmetros Thielle-Small de altavoz bobina mvil

Aproximacin pistn circular plano de radio aAproximacin baja frecuencia, ka< 1Circuito simplificado

Diseo TericoParmetros Thielle-Small de altavoz bobina mvil

Funcin de transferencia

Pulsacin de resonanciaFactor de sobretensin totalElasticidad acsticaParmetros Thielle-Small para el diseo

Diseo TericoDiseo caja bass-reflexModelo y circuito simplificado equivalente

Diseo TericoCaudales de radiacin Diseo Terico

Funcin de transferencia normalizada de Small (filtro paso alto 4 orden)

Pulsacin de sintoniaFactor de sobretensin de fugas (prdidas)Diseo Terico Diseo basado en alineaciones de filtro

Diseo Terico

Alineaciones tpicas: B4,C4,QB3

Diseo TericoDiseo mediante grficas de Small Diseo Terico

Diseo mediante tablas de ThielleNAjustekBqhQts1QB372,6810,52,100,1802QB362,287,481,860,2093QB341,774,461,430,2594QB321,452,951,160,3035B41011,4110,3836C40,80,871,060,930,4157C40,60,730,730,860,4668C40,50,640,560,810,5189C40,40,600,480,720,557 Eleccin de Altavoces, requisitos

Diseo Terico

Especificacin de parmetros de Thielle-SmallProducto Eficiencia-Ancho de Banda EBPFactor de sobretensin total de suspensin, Qts

Evitar rizado Diseo TericoRespuesta en Frecuencia y sensibilidad

Clculo del volumen de la caja

Diseo TericoClculo de parmetros fundamentales:

Volumen interno de la cajaFrec. de sintonaFrec. de corte del sistemaDatos de entrada:

F. de sobrecarga total del altavoz

F. de sobrecarga de fugasVariables:

Relacin entre complianciashSintona del sistemaqRelacin entre f-3dB y fsElasticidad acstica

Frec. de resonancia

Diseo TericoMtodo Grfico de Small

Ajuste B4 (B=0 y k=1)0,95h=1f3/fs=q=1

Clculo de parmetros:

Diseo TericoClculo mediante uso de tablas

Otras alineaciones: BB4, SBB4,SC4 Y SQB3

Mayor precisin

Diseo TericoClculo mediante uso de tablas

AlineamientohqRizado (dB)SBB41,00001,31811,09660,24SQB30,98891,00650,97760SC40,98851,00700,97770AlineamientoVAB (L)fb (Hz)fl (Hz)Rizado (dB)SBB472,833538,30,24SQB395,3834,634,20SC495,3334,534,20Clculo volumen necesario

Vb=VAB+Vsw+Vsm+Vst+Vcf+Vma97L Diseo TericoClculo de la puerta de Bass-Reflex

Diseo TericoForma de la caja

Evitar simetras (fenmenos de difraccin y ondas estacionarias)

Posicin de tubo (separacin del woofer y de la trasera de la caja)

Diseo TericoCroquis del diseo de la caja

Simulacin asistida por ordenadorComparar distintos tipos de sistemasComprobar especificaciones del fabricanteConocer respuesta aproximada a priori del sistemaComprender el comportamiento del sistema Diseo Terico Diseo Terico

Respuesta en frecuencia

Diseo TericoImpedancia elctrica de entrada

Pantalla infinitaCaja Bass-Reflex Diseo TericoCaudales de radiacin

Caudales sistema Bass-Reflex Comparativa caudal total en diferentes sistemas Diseo TericoDesplazamiento del diafragma

Diseo TericoRetardo de grupo

Diseo del filtradoFiltro de cruce de 1er orden (6dB/oct.) Diseo TericoFiltro paso alto (RC)Filtro p. banda (RLC + red Zobel)Filtro paso bajo (RC + red Zobel)

Consideraciones de filtradoFrecuencias de corte separadas de la fsZona de cruce estableImpedancia no cte. (uso red Zobel)Tamao componentes pasivos Diseo Terico Diseo Terico

Clculo de componentes

fi=500Hz fs=4KHzFabricacin de la cajaPosibilidades de construccinEleccin de materialesHerramientas necesariasCoste econmicoProceso de implementacinProceso de implementacinConstruccin de la caja

Replanteo posicin de altavoces y tuboProceso de implementacinApertura de orificios

Proceso de implementacinRecinto para el filtro y ensamblado

Proceso de implementacinRefuerzos y relleno

Proceso de implementacinSellado y preparacin de altavoces

Proceso de implementacinAcabado

Proceso de implementacinImplementacin del filtro de cruce

Materiales Filtro Acabado UbicacinEspecificacin en laboratorioUso de equipo especifico de acsticaCmara anecoicaPlataforma PulseCaracterizacin de altavocesRespuesta en frecuenciaSensibilidadDirectividadDistorsinParmetros Thielle-Small (Anexo I)Resultados obtenidosComprobar resultadosConclusionesEspecificacin en laboratorioEquipo usado en el laboratorio de acstica

Cmara anecoicaEquipo de medida y alimentacinMicrfono de precisinEspecificacin en laboratorioMedida de la respuesta en frecuenciaColocacin

Respuesta en frecuencia del sistema (1W, 1m, 0)Especificacin en laboratorioRespuesta a baja frecuencia------ Puerta libre------ Puerta tapada

Especificacin en laboratorioSensibilidad 1KHz, 1W, 1m

Especificacin en laboratorioDirectividad: montaje

Especificacin en laboratorioDirectividad: diagramas polares

Especificacin en laboratorioDistorsin Total Armnica (THD)

ConclusionesBuena respuesta a baja frecuencia gracias al refuerzo de graves (+6dBs)Respuesta frecuencial aceptable gracias al filtradoTamao y peso considerablePresupuesto asequibleBuen acabado estticoLneas futuras de trabajoDiseo de otros filtros de cruce con distintos componentesImplementacin de caja cerrada y pantalla infinitaImplementacin de cajas con otras formasSistemas con varios altavocesRespuesta del altavoz en distintos recintos y posicionesFin de la presentacinAutor: Jose Miguel Guardeo RomeroTutora: Mara del Carmen Clemente Medina

Proyecto Fin de CarreraIngeniera Tcnica de TelecomunicacionesSonido e ImagenFebrero 2009