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Publicada porCristóbal Botella Bustos Modificado hace 8 años
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Diseño, implementación y especificación de cajas acústicas
Proyecto Fin de Carrera Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones Sonido e Imagen Diseño, implementación y especificación de cajas acústicas Febrero 2009 Autor: Jose Miguel Guardeño Romero Tutora: María del Carmen Clemente Medina
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Desarrollo de la exposición
Introducción Diseño teórico Implementación Especificación en laboratorio Conclusiones
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Introducción
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Introducción Objetivos
Diseño e implementación de un altavoz de 3 vías con refuerzo de graves (Bass-Reflex) Respuesta en frecuencia extensa Respuesta en frecuencia plana Presupuesto asequible (minimizar costes)
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Altavoz dinámico de bobina móvil
Introducción Altavoz dinámico de bobina móvil Diafragma: -Rm -Cm -Mm
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Necesidad del uso de cajas
Introducción Necesidad del uso de cajas Altavoz omnidireccional a baja frecuencia Radiación por ambas caras Desfase 180º entre radiaciones Problema: Interferencias destructivas Solución: aislar radiación trasera
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Necesidad de uso de varias vías
Introducción Necesidad de uso de varias vías Buena respuesta en baja frecuencia Necesidad diafragma grande y rígido Necesidad de gran suspensión Buena respuesta en alta frecuencia Necesidad diafragma ligero Necesidad de suspensión pequeña Problema: Ningún altavoz cubre todo el rango Solución: usar más de un altavoz con filtrado
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Diseño Teórico Conceptos previos Transducción electro acústica
Eléctrico (v,i) Mecánico (f,u) Acústico (p,U) Emisor (Altavoz) Acústico (p,U) Mecánico (f,u) Eléctrico (v,i) Receptor (Micrófono)
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Diseño Teórico Conceptos previos
Uso de analogías electroacústicas (circuitos) Analogía impedancia Sistema mecánico Masa-Resorte Sistema resonador de Helmholtz Analogía impedancia
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Diseño Teórico Conceptos previos
Circuito electroacústico completo (interconexión)
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Diseño Teórico Parámetros Thielle-Small de altavoz bobina móvil
Aproximación pistón circular plano de radio “a” Aproximación baja frecuencia, k∙a< 1 Circuito simplificado
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Diseño Teórico Parámetros Thielle-Small de altavoz bobina móvil
Función de transferencia Parámetros Thielle-Small para el diseño Pulsación de resonancia Factor de sobretensión total Elasticidad acústica
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Diseño caja bass-reflex
Diseño Teórico Diseño caja bass-reflex Modelo y circuito simplificado equivalente
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Diseño Teórico Caudales de radiación
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Diseño Teórico Función de transferencia normalizada de Small (filtro paso alto 4º orden) Pulsación de sintonia Factor de sobretensión de fugas (pérdidas)
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Diseño Teórico Diseño basado en alineaciones de filtro
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Diseño Teórico Alineaciones típicas: B4,C4,QB3
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Diseño Teórico Diseño mediante gráficas de Small
Diseño mediante tablas de Thielle Nº Ajuste k B q α h Qts 1 QB3 7 2,68 10,5 2,10 0,180 2 6 2,28 7,48 1,86 0,209 3 4 1,77 4,46 1,43 0,259 1,45 2,95 1,16 0,303 5 B4 1,41 0,383 C4 0,8 0,87 1,06 0,93 0,415 0,6 0,73 0,86 0,466 8 0,5 0,64 0,56 0,81 0,518 9 0,4 0,60 0,48 0,72 0,557
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Diseño Teórico Elección de Altavoces, requisitos
Especificación de parámetros de Thielle-Small Producto Eficiencia-Ancho de Banda EBP Factor de sobretensión total de suspensión, Qts Evitar rizado
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Diseño Teórico Respuesta en Frecuencia y sensibilidad
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Diseño Teórico Cálculo del volumen de la caja
Cálculo de parámetros fundamentales: Volumen interno de la caja Frec. de sintonía Frec. de corte del sistema Datos de entrada: F. de sobrecarga total del altavoz Elasticidad acústica Frec. de resonancia F. de sobrecarga de fugas Variables: α Relación entre compliancias h Sintonía del sistema q Relación entre f-3dB y fs
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Diseño Teórico Método Gráfico de Small Ajuste B4 (B=0 y k=1) α≈0,95
h=1 f3/fs=q=1 Cálculo de parámetros:
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Diseño Teórico Cálculo mediante uso de tablas
Otras alineaciones: BB4, SBB4,SC4 Y SQB3 Mayor precisión
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Diseño Teórico Cálculo mediante uso de tablas
Alineamiento h α q Rizado (dB) SBB4 1,0000 1,3181 1,0966 0,24 SQB3 0,9889 1,0065 0,9776 SC4 0,9885 1,0070 0,9777 Alineamiento VAB (L) fb (Hz) fl (Hz) Rizado (dB) SBB4 72,83 35 38,3 0,24 SQB3 95,38 34,6 34,2 SC4 95,33 34,5 Cálculo volumen necesario Vb=VAB+Vsw+Vsm+Vst+Vcf+Vma≈97L
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Diseño Teórico Cálculo de la puerta de Bass-Reflex
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Diseño Teórico Forma de la caja
Evitar simetrías (fenómenos de difracción y ondas estacionarias) Posición de tubo (separación del woofer y de la trasera de la caja)
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Diseño Teórico Croquis del diseño de la caja
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Simulación asistida por ordenador
Diseño Teórico Simulación asistida por ordenador Comparar distintos tipos de sistemas Comprobar especificaciones del fabricante Conocer respuesta aproximada a priori del sistema Comprender el comportamiento del sistema
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Diseño Teórico Respuesta en frecuencia
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Diseño Teórico Impedancia eléctrica de entrada Pantalla infinita
Caja Bass-Reflex
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Diseño Teórico Caudales de radiación
Caudales sistema Bass-Reflex Comparativa caudal total en diferentes sistemas
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Diseño Teórico Desplazamiento del diafragma
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Diseño Teórico Retardo de grupo
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Diseño Teórico Diseño del filtrado
Filtro de cruce de 1er orden (6dB/oct.) Filtro paso alto (RC) Filtro p. banda (RLC + red Zobel) Filtro paso bajo (RC + red Zobel)
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Diseño Teórico Consideraciones de filtrado
Frecuencias de corte separadas de la fs Zona de cruce estable Impedancia no cte. (uso red Zobel) Tamaño componentes pasivos
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Diseño Teórico Cálculo de componentes fi=500Hz fs=4KHz
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Proceso de implementación
Fabricación de la caja Posibilidades de construcción Elección de materiales Herramientas necesarias Coste económico
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Proceso de implementación
Construcción de la caja Replanteo posición de altavoces y tubo
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Proceso de implementación
Apertura de orificios
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Proceso de implementación
Recinto para el filtro y ensamblado
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Proceso de implementación
Refuerzos y relleno
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Proceso de implementación
Sellado y preparación de altavoces
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Proceso de implementación
Acabado
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Proceso de implementación
Implementación del filtro de cruce Materiales Filtro Acabado Ubicación
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Especificación en laboratorio
Uso de equipo especifico de acústica Cámara anecoica Plataforma Pulse Caracterización de altavoces Respuesta en frecuencia Sensibilidad Directividad Distorsión Parámetros Thielle-Small (Anexo I) Resultados obtenidos Comprobar resultados Conclusiones
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Especificación en laboratorio
Equipo usado en el laboratorio de acústica Equipo de medida y alimentación Cámara anecoica Micrófono de precisión
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Especificación en laboratorio
Medida de la respuesta en frecuencia Colocación Respuesta en frecuencia del sistema (1W, 1m, 0º)
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Especificación en laboratorio
Respuesta a baja frecuencia Puerta libre Puerta tapada
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Especificación en laboratorio
Sensibilidad 1KHz, 1W, 1m
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Especificación en laboratorio
Directividad: montaje
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Especificación en laboratorio
Directividad: diagramas polares
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Especificación en laboratorio
Distorsión Total Armónica (THD)
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Conclusiones Buena respuesta a baja frecuencia gracias al refuerzo de graves (+6dB’s) Respuesta frecuencial aceptable gracias al filtrado Tamaño y peso considerable Presupuesto asequible Buen acabado estético
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Líneas futuras de trabajo
Diseño de otros filtros de cruce con distintos componentes Implementación de caja cerrada y pantalla infinita Implementación de cajas con otras formas Sistemas con varios altavoces Respuesta del altavoz en distintos recintos y posiciones
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Fin de la presentación Proyecto Fin de Carrera Febrero 2009
Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones Sonido e Imagen Fin de la presentación Febrero 2009 Autor: Jose Miguel Guardeño Romero Tutora: María del Carmen Clemente Medina
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