|
W
rozdziale tym przedstawię uniwersalne i popularne zwrotnice od
najprostszych do najczęściej stosowanych, oraz przeanalizuję
konkretny układ pod względem optymalnego dopasowania.
Najprostszym rozwiązaniem podziału pasma jest włączenie w
szereg z głośnikiem wysokotonowym kondensatora. Jest to układ
największych skrajności. W swej prymitywności przy zastosowaniu
popularnych głośników będzie faworyzował tony średnie , a
przy zastosowaniu świetnych przetworników będzie idealnie
minimalistyczny. W praktyce jest rzadko spotykany w poważnych
konstrukcjach. Rysunek poniżej przedstawia klasyczne zwrotnice I
i II rzędu oraz mieszane konstrukcje. Podane wartości elementów
są oczywiście orientacyjne i należy je korygować zgodnie z
założeniami konstrukcyjnymi.
Jeśli
nie można nabyć elementów o podanych lub wyliczonych
wartościach , można stosować np. łączenie równoległe
baterii kondensatorów lub ew. wykonać cewkę samodzielnie.
Do wykonania cewki należy się przygotować tzn. zakupić drut o
odpowiednim przekroju izolowany emalią, odpowiedniej wielkości
szpule oraz wyliczyć potrzebną ilość zwojów na konkretnym
karkasie lub skorzystać z pomocniczych nomogramów.
Przykładowe
wymiary szpul mogą być następujące:
- cewki do 0,3mH a=20mm,
b=12mm, c=50mm drut 0,7 lub 0,8 mm dla 0,1mH to 60 zwojów,
0,2mH to 85 zwojów, 0,3mH to 102 zwoje;
- cewki do 2mH
a=25mm,b=25mm,c=70mm liczna zwojów wg krzywej i podziałki
naniesionej z lewej strony;
- cewki do 10mH
a=25mm,b=40mm,c=100mm liczba zwojów wg krzywej i podziałki
z prawej strony.
Przy większych mocach i grubościach
drutu, wymiary cewki będą oczywiście inne.
Dla ułatwienia w
strojeniu w cewce można wykonać odczepy. Zasada jest jedna, im
grubszy drut tym mniejsza rezystancja i mniejsze straty energii.
średnica drutu/rezystancja 1 metra
drutu
mm/Ohm
0,69/0,0469
0,8/0,0349
1,0/0,0234
1,2/0,0155
1,45/0,0106
1,56/0,0092
Należy
jednak nie przekraczać progu opłacalności, dlatego też przy
większych indukcyjnościach stosuje się cewki rdzeniowe
trudniejsze do wykonania w warunkach amatorskich, ze względu na
znikome informacje na temat dostępnych rdzeni. Drut o przekroju
kwadratu lub prostokątu (cewki taśmowe) jest o tyle dobry, że
można go ciaśniej i precyzyjniej ułożyć na szpuli. Przewody
połączeniowe (okablowanie wewnętrzne) także nie może być
przypadkiem. Powinny one być odpowiedniej średnicy oraz jak
najkrótsze jednak na tyle długie żeby można było wygodnie
montować głośniki. Jeśli przewód ma duża średnicę i
stosujemy lutowanie go do zacisków głośnika należy
pamiętać że delikatne doprowadzenia (szczególnie w
kopułkach) łatwo mogą ulegać przegrzaniu jak i może dojśc do
uszkodzenia uzwojenia w skrajnych przypadkach. Lutowanie musi być
sprawne , a jeśli to niemożliwe trzeba zaopatrzyć końcówki
przewodów w specjalne konektory nasuwane na blaszki
doprowadzeń. Generalnie do głośników średnio i wysoko
tonowych średnica przewodu może być trochę mniejsza niż do
niskotonowców. O płytkach drukowanych i ich mocowaniu
wspominałem w poprzednim rozdziale. Dużym ułatwieniem jest
oznaczanie przewodów.
Przykład praktyczny
dopasowania zwrotnicy.
Często okazuje się że podczas obliczeń
wychodzą wartości elementów zwrotnicy niespotykane w
produkcji. Można próbować stosować odpowiednie połączenia
elementów żeby zbliżyć się do obliczeń lub zastosować
elementy typowe z szeregu . Zmusza to czasem do lekkiej korekty
założeń w większości przypadków bez uszczerbku dla całości
Niestety obliczenia jak mówiłem na samym początku, są
dokonywane w uproszczeniu dla czystych rezystancji, oraz w
założeniu że rezystancja ta jest stała w funkcji częstotliwości.
Okazuje się że nie można traktować tego uproszczenia dosłownie i
zwrotnicę należy dopasować.
Większość głośników
nie ma idealnej charakterystyki , często już z powodu odgrody
(obudowy) dochodzi do jej odchyleń. Dodatkowo przebieg krzywej
impedancji jest nierównomierny szczególnie przy
częstotliwościach rezonansów własnych przetworników.
Czasem wielkim błędem jest stosowanie drogich głośników i
zwrotnic bez przemyślenia. Czasem warto sięgnąć po znane i
sprawdzone układy zamiast eksperymentować bez możliwości
dokonania pomiarów. Choć osobiście jestem zdania że
pomiary w domu przy pomocy nieliniowych układów w
warunkach często odbiegających od laboratorium nie są idealne, to
uznaję ich wartość poglądową i wiem że mogą ustrzec przed
grubszymi błędami. Wszystko zależy od stworzonych warunków
pomiarowych które należy uwzględnić oraz moim zdaniem
niektóre pomiary wykonane w środowisku bardziej naturalnym
(kolumny koniec końców będą pracować w domu który
nie jest sterylny jak laboratorium) dają inny czasem realniejszy
obraz całości.
W przykładzie użyto głośnika
nisko-średniotonowego W170S oraz kopułkowego wysokotonowca DT94 w
układzie dwudrożnym bassreflex. Obudowa klasyczna dla monitorka
13litrów.
Charakterystyki
głośników wraz z krzywą impedancji wg producenta
Dane
techniczne
Filtr
12db/okt o Fp 4KHz dla 4 Ohm obliczony wg wzorów
wyglądałby następująco
Zmierzona
charakterystyka głośnika bez zwrotnicy, zamocowanego w wąskiej
obudowie wykazuje gładkość ale ciągły wzrost w funkcji
częstotliwości. Ma to związek z tym że głośnik nie jest wbudowany
w odgrodę nieskończonej wielkości. Ponieważ w pasywnej zwrotnicy
natężenie dźwięku nie może być zwiększone, należy zmniejszyć
efektywność zestawu do 84dB z efektem wypoziomowania krzywej.
Zwiększona wartość indukcyjności cewki powoduje że poziom jest o
tyle tłumiony i z taką stromością jak wzrastałby bez niej.
Wartość kondensatora jest tak dobrana aby w pobliżu Fp zbocze
filtru nachyliło się bardziej. njlepiej obrazują to poglądowe ,
uproszczone wykresy .
Efektywność
głośnika wysokotonowego należy zmniejszyć o 6dB aby wyrównać
charakterystykę wielkość pojemności wybrano tak aby głośnik po
obniżeniu całej krzywej pracował bezpiecznie daleko od Fs
indukcja cewki także wpływa na stromość zbocza.
Ponieważ
częstotliwość podziału leży na tyle wysoko że przy w jej punkcie
różnica fazowa samych głośników wbudowanych w
odgrodę wynosiłaby około 30stopni ( deklarowana charakterystyka
fazowa producenta lub zmierzona), a zwrotnica wnosi różnicę
faz związaną z wybraniem innych wartości elementów LC niż
zestrojenie dokładne przy Fp z rozsunięciem granic filtrów
tak żeby przecięcie wypadało przy spadku –6dB, należy
odwrócić biegunowość przyłączenia wysokotonowca.
Bardzo
ważne jest uwzględnienie mudułu i fazy impedancji, która w
przypadku zastosowanych przetworników mieści się w
granicach normy.
Ostateczny optymalny układ wygląda
następująco:
Drastyczna
korekcja nie zawsze jest konieczna lub jest niemożliwa ze względu
na ograniczenia fizyki i finansów. Obniżenie poziomu
średniej efektywności i odpowiednie dostrojenie obudowy,
pozwoliło jednak na poszerzenie i wygładzenie pasma, choć sam
zestaw nie jest idealny. Poniższa charakterystyka ma wygląd
typowy dla małych monitorków.
Parametry
zestawu.
Moc nominalna 60 W, muzyczna 100 W, Impedancja 4 Ohm,
pasmo przenoszenia przy średnim poziomie efektywności 84dB:
58-22000 (-6dB), częstotliwość podziału 4KHz, obudowa bassreflex
o wymiarach 380x230x230 mm, tunel o powierzchni czynnej otworu
8cm 2 i długości 6,5 cm, strojenie około 43-44 Hz.
Po
włożeniu tego zestawu do obudowy 28 litrowej o wym. 800x230x230
(mała podłogówka) i zestrojeniu przy pomocy otworu o
powierzchni 34cm kwadratowe z tunelem 14cm, można poszerzyć
zakres dolnych rejestrów (od 40Hz –6dB).
Znany
jest też układ z dodatkowym głośnikiem średnoiotonowym (10 cm) i
odpowiednim układem zwrotnicy (częstotliwości podziału 450 i 3500
Hz) z dwoma basowymi W 170S 8 Ohm, o efektywności 86dB i paśmie
32-22000 Hz . Na podstawie tandemu dwóch głośników
W170S 4 Ohm, można zbudować subwoofer aktywny (około 26 litrów)
o poziomie natężenia dźwięku do 100dB (przy częst. odcięcia 50 –
100 Hz) Dlatego to mój ulubiony głośnik.
Aktywne
układy zwrotnic.
Alternatywą zwrotnic pasywnych są układy
elektroniczne umożliwiające rozdzielenie pasm przetwarzanych
przez poszczególne głośniki przed wzmacniaczami. Wada
takiego rozwiązania jest powiększenie kosztów związanych z
koniecznością stosowania wielu końcówek mocy, zasilania
kolumny z sieci 220V a zaletą to że uzyskuje się lepszą jakość
dźwięku dzięki mniejszym zniekształceniom fazowym (wyeliminowanie
pasywnych elementów nieliniowych) i możliwość swobodnej
regulacji charakterystyki przenoszenia. Szczególna odmianą
kolumny aktywnej jest subwoofer przenoszący jedno wybrane pasmo.
Szerzej na ten temat w dziale "Subwoofery".
Ze
względu na trudności w wykonaniu praktycznym oraz konieczność
znajomości podstaw elektroniki, amatorzy konstruktorzy rzadko
sięgają do zespołów aktywnych pełno pasmowych. Większość
zastosowań filtrów elektronicznych to wspomaganie kolumn
klasycznych, aktywnym zestawem subniskotonowym gdzie relacja
jakość/cena skłania do pokuszenia się o samodzielną
budowę.
Przykładów zwrotnic elektronicznych można
znaleźć mnóstwo na stronach Internetu oraz w literaturze,
dlatego więc wobec ich różnorodności nie będę szczegółowo
opisywał ani przedstawiał schematów. Zawsze trzeba
zostawić wybór dociekliwym i cierpliwym
audiomaniakom.
Obecnie istnieje jeszcze jedna metoda
rozdzielania i korekcji pasm i ma swoje podłoże w technice
cyfrowej. Wejście na rynek całych torów cyfrowych
począwszy od układów sterowania wzmacniaczy, układów
korekcji i kształtowania pola akustycznego a także cyfrowych
końcówek mocy, stwarza szerokie możliwości lecz niestety
nie dla amatorów samodzielnego budowania systemów
nagłośnieniowych. Ze względu na to, że przyzwyczajeni jesteśmy do
charakterystycznego brzmienia dotychczas wytwarzanych kolumn
głośnikowych, cyfrową korekcję odbieramy jako nienaturalną gdyż w
badaniach okazało się iż poziom zniekształceń jest drastycznie
mniejszy a co za tym idzie dźwięk jest inny, choć technicznie
lepszy .
/CPR MW/ MarekW
|
