Posiadamy wiele ciekawych artykułów niedostępnych na innych stronach audio także zapraszam do czytania!

Wszelkie artykuły są własnością ich autorów, kopiowanie lub wykorzystanie ich bez zgody autora zabronione!

Akustyka
Zwrotnice
    Zwrotnica z kalkulatora - jak zepsuć brzmienie!
    Zwrotnice - Jak łatwo wykonać płytkę
    Zwrotnice - Rozwiązania Uniwersalne
    Zwrotnica - płytka i montaż
    Zjawiska przesunięć fazowych

Elektronika
Inne

Wstęp:

Na poczatku warto sobie zadać pytanie po co właściwie jest zwrotnica w kolumnach głośnikowych i jak duży ma wpływ na brzmienie?

Myślę że, ktoś kto składa swoje pierwsze kolumny głośnikowe nie przykłada większej uwagi do zwrotnicy, piszę po części o sobie gdyż na początku wystarczała mi jakakolwiek zwrotnica która zabezpieczy mi głośniki przed uszkodzeniem.

W internecie mamy dostępne tabele i kalkulatory do obliczenia zwrotnicy dla zestawu głośnikowego.
Nawet książki o tematyce głośnikowej zawierają tabele i wzory, jednak w każdej, autor wspomina o niedoskonałości takiego rozwiązania, to właśnie będę chciał wam pokazać. Wydawać by się mogło że wysatrczy podstawić dane, ustalić sobie podział pasma , wprowadzić dane do kalkulatora i gotowe! Kalkulator obliczy nam wartości poszczególnych elementów i mamy skonstruowaną zwrotnicę.

Teraz warto się zastanowić czy aby na pewno ta zwrotnica działa prawidłowo, a tak w ogóle co oznacza prawidłowo ? Głównym zadaniem zwrotnicy jest zabezpieczenie głośników przed uszkodzeniem oraz podział pasma tak aby każdy głośnik odtwarzał takie pasmo z jakim sobie radzi najlepiej czyli odtwarzał je bez zniekształceń, ale czy to wszystko?

Okazuje się że zwrotnica oprócz odfiltrowania głośników powinna uwzględniać:

- Moduł impedancji
- Charakterystykę fazową głośników

Niestety żaden kalkulator ani wzory do obliczania zwrotnic głośnikowych nie uwzględniają tych ważnych czynników, nie ma zatem szans na poprawne zgranie fazowe głośników jak również zachowanie odpowiedniego przebiegu impedancji całego zestawu. Jeśli dalej macie wątpliwości co do zwrotnicy obliczonej kalkulatorem postaram się wam pokazać jak bardzo można zepsuć brzmienie zestawu głośnikowego taką zwrotnicą.

Zatem zacznijmy od wyboru przetworników, załóżmy konstrukcję 2-drożną składającą się z głośników:
- Visaton W170 S
- Usher UA-025

  Dlaczego właśnie takie głośniki ? Z dwóch powodów, po pierwsze mam dopracowaną zwrotnicę dla tych głośników i grają na niej bardzo dobrze, co potwierdzają pomiary a po drugie posiadam odpowiednie pomiary tych przetworników aby zobrazować wam nieprawidłowe działanie zwrotnicy obliczonej kalkulatorem.

No to zaczynamy, najpierw wkleję wykresy obu przetworników:

Visaton W170 S

Usher UA - 025

Przyglądając się charakterystykom przetworników musimy ustalić podział pasma, patrząc na charakterystykę Visatona widać że gra "liniowo" do 3khz, po czym pojawia się mała górka a następnie po 4khz już spory rezonans który trzeba odfiltrować. Spójrzmy teraz na charakterystykę głośnika wysokotonowego, od około 2,5 Khz w dół pasma pokazuję się już spora górka tak więc ją również trzeba odfiltrować.

Teraz trzeba ustalić wspólny podział, dla mnie logiczną wartośćią będzie około 2700 Hz dlatego że w przypadku obu głośników dalsze pasmo będzie już nierówno odtwarzane. Koniecznie muszę dodać że ustalając podział pasma dla głośnika wysokotonowego musimy znać jego częstotliwość rezonansową.Bezpieczny najniższy podział musi być przynajmniej 2krotnie większy niż jego Fs. Przykładowo Usher ma FS=1050Hz, tak więc najniższy bezpieczny podział dla tego głośnika to 2100 Hz.

Podział mamy zatem ustalony, zabieramy się do liczenia wartości elementów.
Wchodzimy np. na stronę http://www.erse.cc/calc/so2way.asp i wypełniamy pola.
Zaznaczamy popularną zwrotnicę 12dB/oktawę według Butterwortha. Wpisujemy impedancję głośnika wysokotonowego czyli 8 ohm oraz niskotonowego 4 ohm a następnie podział który ustaliliśmy czyli 2700 Hz, klikamy calculate i oto mamy gotowe elementy zwrotnicy ;-).

Program wyliczył mi Cewkę o wartości 0.3mH i kondensator 10.41 uF na głośnik basowy, tak też uczyniłem i skomponowałem filtr, oto jak działa:

Na głośnik wysokotonowy program wyliczył kondensator 5,62 uF oraz cewkę 0.720 mH zbudowałem filtr, oto jego działanie:

Zwrotnica już w tym momencie wymaga pewnego komentarza, pamiętacie jaki ustaliłem podział ? było to 2700 Hz od tej częstotliwości filtr powinien obniżać efektywność o 12dB/oktawę czyli na częstotliwości 1350 Hz dla głośnika wysokotonowego charakterystyka powinna przebiegać 12 dB niżej od reszty jego pasma, a jak jest w praktyce ? proszę spojrzeć ! efektywność przy f=2700 jest praktycznie taka sama jak dla f=1350 !!! Teraz pewnie zadajecie sobie pytanie dlaczego ? Po pierwsze wzory dla obliczania zwrotnic zakładają żę głośnik:

a) posiada stałą impedancję
b) posiada równą charakterystykę w całym swoim zakresie przetwarzania


W praktyce jest to oczywiście bzdura! Pasmo przenoszenia każdego głośnika jest nierównomierne, występują górki i zapadłości chociażby -+3dB do tego pod koniec pasma zdarzają się dość znaczne górki w charakterystyce czego przykładem jest nasz testowy głośnik wysokotonowy.

Kilka słów o impedancji, powinniście wiedzieć że impedancja rośnie wraz z częstotliwością, w głośnikach wysokotonowych jest to łagodniejsze niż w przypadku głośników nisko-średniotonowych o czym później się przekonacie,poglądowo wkleję moduł impedancji głośnika wysokotonowego:

W miejscu gdzie ustatliliśmy podział czyli f=2700 Hz impedancja utrzymuje się na poziomie 8 Ohmów, to akurat się zgadza z tym co wpisaliśmy w kalkulator, jednak przebieg charakterystyki nie jest płaski jak to zakłada KAŻDY kalkulator.
Może teraz kilka słów o filtracji głośnika niskotonowego, niestety w ogóle nie zgadza się z naszym założeniem filtrowania od 2700 Hz, przyczyna jest taka sama jak w przypadku filtra dla głośnika wysokotonowego efekt jest silniejszy z racji tego że jak już wspominałem impedancja głosników średnio-niskotonowych wzrasta bardziej wraz ze częstotliwością co obrazuje poniższy obrazek:

Spójrzmy jaka jest impedancja w miejscu naszego założonego podziału czyli 2700 Hz, jest to ponad 6 ohmów , podczas gdy wpisałem 4 ohmy ponieważ taką impedancję znamionową ma głośnik. Jak widać podaliśmy złą impedancję kalkulatorowi dlatego też wyliczone elementy nie filtrują głośnika tak jak tego chcieliśmy.

Zwrotnica musi działać razem, tak więc musimy oba filtry ze sobą połączyć tworząc sumaryczną zwrotnicę. Oto jak wygląda końcowa zwrotnica według obliczeń kalkulatora.

Szczerze zastanawiam się czy próbować odwrócić fazę głośnika wysokotonowego, ponieważ teoria zakłada że przy filtrach 12/12 dB/okt należy odwrócić fazę, żeby nie było zrobię to, oto efekt:

Jak widać coś się zmieniło ale nadal jest to co najmniej kiepska charakterystyka, głośnik wysokotonowy prawie w ogóle nie jest filtrowany a niskotonowy zaczyna opadać zdecydowanie za późno.
Przekonałem was ? Pewnie nie wszystkich, ktoś może powiedzieć że zrobiłem tylko jedną próbę, dobra niech będzie że zrobimy 18dB/okt na bas i 18 dB/okt na wysokotonowy, bez sensu zostawiać filtr 12 dB/okt na basie skoro i tak nie działa jak trzeba, zróbmy ten sam podział czyli 2700 Hz.

Kalkulator policzył elementy, wprowadziłem je do programu, zobaczmy co wyszło:

Takie elementy wyliczył kalkulator, muszę przyznać że jest lepiej, chociażby na głośniku wysokotonowym, teraz chociaż jest filtrowany :), jednak sumaryczna charakterystyka pozostawia wiele do życzenia... Dla formalności odwrócimy fazę głośnika wysokotonowego:

Nawet się poprawiło, jednak daleko temu do dobrego zgrania fazowego, podbicie jest znaczne, gdyby tak glosnik niskotonowy zaczął opadać od około 1700 Hz byłoby już całkiem nieźle ale niestety kalkulator nam w tym nie pomoże, poza tym ktoś kto liczy zwrotke kalkulatorem nie widzi tego co ja wam tutaj pokazałem więc naprawdę jest to loteria co wyjdzie. W ogóle pamiętacie podział jaki ustatliliśmy? było to 2700 Hz, proszę spojrzeć jaki jest rzeczywisty, jest to około 4000 Hz.
Wspominałem też o impedancji prawda? więc należy też ją pokazać:

Przebieg impedancji niestety nieciekawy, spory spadek może powodować zbyt mocne grzanie się wzmacniaczy, lub ich uszkodzenie chybaże posiadają zabezpieczenie przeciwzwarciowe to będą się po prostu wyłączać, gorzej jeśli takie coś podłączymy do wzmacniacza lampowego tutaj może być duży problem ze stabilnością.

Wyobraźcie sobie teraz, że zrobiliście sobie taką zwrotnicę z kalkulatora, lub ktoś wam taką zrobił, podłączacie do wzmacniacza, podkręcacie Volume i... wzmacniacz się wyłącza..chyba nieciekawie co? Nie wspomne o tym, że jak się nie wyłączy to brzmienie będzie co najmniej nie ciekawe.

Jak widać przy filtrach 2 rzędu czyli 12dB/okt filtracja głośników jest bardzo słaba więc kombinacje nie mają sensu.
Należy wiedzieć, że głośniki są różne, mają różne charakterystyki przenoszenia, rezonanse itd. czasem wymagane są inne układy w zwrotnicach takie jak np. korektor impedancji, tłumik efektywności(L-PAD)oraz układy rezonansowe tzw. układy RLC.

Jeśli kalkulator nie potrafi odpowiednio dopasować elementów na prostych filtrach jak ma sobie poradzić z bardziej złożonymi układami które wymagają większej precyzji ?

Niestety nie jest to możliwe i wszystkim serdecznie NIE POLECAM korzystania z tego typu rozwiązań, jeśli nie chcesz zrobić pomiarów i nie masz zamiaru ich komuś powierzyć niestety czeka Cię taki efekt jaki pokazałem, jeśli masz zamiar podejść poważnie do DIY naprawdę warto zainteresować się pomiarami i wielką uwagę przywiązać do dopasowania zwrotnicy która jest kluczowym elementem w brzmieniu każdego zestawu.

Ktoś może powiedzieć: No dobra ale możę te głośniki do siebie nie pasują i dlatego kalkulator obliczył źle, impedancja głośników jest różna, bas ma 4 ohmy a wysoki 8 ohm, od razu powiem że jest to celowe , jeśli głośnik wysokotonowy posiada większą impedancję to przy tym samym sygnale będzie grał ciszej i właśnie o to chodziło.

Dla niedowiarków przedstawię tutaj swoją wersję zwrotnicy, na której zestaw obecnie gra:

Parę słów o mojej zwrotnicy. Podział ustaliłem taki sam czyli 2700 Hz, podczas konstruowania zwrotnicy przesunąłem go nieco niżej, dzięki pomiarom widziałem co jest lepsze i do czego dążę.
Jeśli chodzi o budowę filtrów to na basie jest to 2gi rząd, dodatkowo elementy RC które pomagają filtrować tą górkę z którą normalny filtr sobie nie radził, na wysokotonówce jest to najzwyklejszy filtr trzeciego rzędu czyli 18dB/okt oraz klasyczny L-pad dla wyrównania efektywności obu przetworników. Impedancja nigdzie nie spada poniżej impedancji znamionowej zestawu czyli 4 ohm.

Moja zwrotnica znacznie różni się od kalkulatorowej, świetny przykład że do każdego zestawu głośników trzeba podejść indywidualnie a nie schematycznie!

Jak widać da się skonstruować porządną zwrotnicę na tych przetwornikach, jednak za pomocą pomiarów a nie kalkulatora. Mam nadzieję że udało mi się was przekonać że zwrotnice obliczone za pomocą kalkulatora czy tabelek nie są nic warte i szybko zapomnicie o tego typu rozwiązaniu. Życzę przy okazji udanych konstrukcji!

Autor: Rfck 2010