Czynności przygotowawcze:
Przed przystąpieniem do projektowania zwrotnicy dobrze jest zorientować się w tym jak przekłada się to co słyszymy na poszczególne częstotliwości dźwięku. Proponuję więc ściągnąć jakiś wielopunktowy equalizer, np. Graphic Equalizer Studio. Zakładamy słuchawki, włączamy dowolny znany nam utwór i przesuwając suwaki z odpowiednimi częstotliwościami staramy się wychwycić różnicę w dźwięku. W ten sposób możemy przekonać się jaki wpływ na dźwięk ma nadmiar/niedostatek danej części pasma.
Konieczne jest także zapoznanie się z podstawami działania zwrotnic - np. http://audiomania.info/portal.php?show=37 , http://kolumny.prv.pl/zwrotnicab.php http://audioefm.w.interia.pl/budowa_zw.htm
Mikrofon pomiarowy można zbudować samemu niewielkim nakładem kosztów. Kupujemy wkładkę mikrofonową panasonic wm61 (może być inna odpowiednio wysokiej jakości, ta jednak jest sprawdzona) np. tu: http://www.loudspeakershop.eu/wkladka-mikrofonowa-panasonic-wm61a-p-491.html , jacka 3,5 mm i przewód ekranowany o odpowiedniej długości. Dokładną instrukcje wykonania takiego mikrofonu można znaleźć tu: http://kolumny.prv.pl/zwrotnicapswk.php lub http://www.monterdiy.vel.pl/wpisy/38
Wkładka wm61 ma wznoszącą się charakterystykę, to znaczy, że na wykresie pojawi się minimalnie więcej wysokich tonów (od ok. 6 khz) – można poszukać pliku kalibracyjnego i wyrównać charakterystykę mikrofonu, nie jest to jednak niezbędne, poziom wysokich tonów należy i tak dobrać na słuch.
Program Homilpulse można pobrać z http://www.holmacoustics.com/holmimpulse.php . Na stronie dostępna jest także obszerna instrukcja, warto się z nią zapoznać.
Niezbędna będzie wyjściową zwrotnicę, od której zaczniemy pomiar charakterystyki. Jeżeli nie mamy żadnej zwrotnicy to liczymy w kalkulatorze (np. http://ccs.exl.info/calc_cr.html ) wybierając określony punkt podziału. Pamiętajmy o tym, że dla bezpieczeństwa głośnik wysokotonowy powinien być odcinany na częstotliwości co najmniej 2x większej od jego FS. Starajmy się również by nierówności na końcu pasma przetwarzania pewnych głośnika niskotonowych przejawiające się jako wysokie góry na wykresie były odpowiednio silnie stłumione – należy je odciąć co najmniej oktawę niżej. Oprócz samej nzwrotnicy potrzebne są także elementy RLC, musimy wiec kupić kilka sztuk kondensatorów (koniecznie bipolarnych), rezystorów i cewek. Łącząc ze sobą takie same elementy szeregowo lub równolegle uzyskamy określoną wartość wypadkową danego połączenia. Pomocne mogą być kalkulatory: http://radio.elektroda.net/rezystory.php oraz http://radio.elektroda.net/kondensatory.php .
Pomiar powinien być dokonywany w możliwie dużym i dobrze wytłumionym pomieszczeniu. Musimy zadbać o eliminacje wpływu fal obitych na wyniki pomiaru - dobrym pomysłem jest ułożeniem na podłodze miedzy kolumną, a mikrofonem pomiarowym np. grubego koca, który stłumi pierwsze odbicie. Odległości od ścian i wszelkich większych przedmiotów powinny być możliwie największe. Homipulse automatycznie ustala bramkowanie (czas przechwytywania sygnału) na czas pierwszego odbicia (zakłądka „Data analys”, opcja „detect time zero” -> „first peak”).
Pamiętajmy, by zniwelować wszelkie niepożądane źródła dźwięku (wiatrak komputera, etc). Zarówno mikrofon jak i kolumna powinna być stale w jednej pozycji. Mikrofon powinien znajdować się w takiej odległości od kolumny, w jakiej będziemy słuchali muzyki. Kolumny podłączamy do wzmacniacza, a ten do wyjścia stereo karty dźwiękowej. Zwrotnica powinna być na zewnątrz kolumny, bo ze względu na konieczność jej niemal nieustannej modyfikacji wyciąganie jej za każdym razem byłoby bardzo kłopotliwe. Pamiętajmy by w sterownikach dźwięku i/lub opcjach panelu sterowania wyłączyć wszystkie efekty dźwiękowe. W zakładce „Device&signal” wybieramy odpowiedni sterownik dźwięku dla „inpute device” i ‘output device”.
Możemy teraz przystąpić do właściwego pomiaru.
Sam pomiar odbywa się poprzez rejestracje sygnału generowanego przez wyjście karty dźwiękowej i wizualizację go na ekranie. W tym celu klikamy zakładkę „Measurments”, a następnie poniżej jednej z liter (A, B, C) „measure”. Każdej literze przyporządkowany jest określony kolor charakterystyki – na ekranie mogą więc być widoczne w jednym momencie trzy różne wyniki pomiarów. Nie jesteśmy jednak ograniczeni tylko do takiej liczby pomiarów, klikając strzałki pod kolorowym kwadratem (nad przyciskiem „export” ) możemy przeprowadzić kolejny pomiar dla danego koloru nie tracąc poprzedniego (wracamy do niego klikając strzałkę przeciwnego kierunku).
Możemy robić zbliżenie na określony zakres częstotliwości zaznaczając go myszą na wykresie. Powrót do stanu przed powiększeniem następuje po kliknięciu prawym przyciskiem myszy. Powiększać możemy także pomiar czasu bramkowania, a samo bramkowanie ustalać przez "złapanie" przerywanej linii w dolnym okienku i przesunięcie jej w prawo (dłuższy czas bramkowania) lub w lewo (krótszy czas bramowania). Wraz z wydłużaniem czasu bramkowania do mikrofonu dociera więcej fal obitych. Chcąc dokładnie mierzyć niskie częstotliwości (przydatne jest to do wykonywania kompensacji efekty baffle stepu) musimy zbliżyć mikrofon do kolumny i/lub zwiększyć czas bramkowania.
Wygląd charakterystyki przenoszenia całej kolumny do zrobienia zwrotnicy nie wystarczy - niezbędne jest dodanie wykresów z pomiarów poszczególnych głośników. W tym celu odłączamy wszystkie głośniki oprócz jednego i robimy pomiar. Analogicznie z następnym głośnikiem. Dopiero teraz mając wgląd w trzy charakterystyki możemy wskazać częstotliwość podziału, czyli punkt przecięcia się charakterystyk poszczególnych głośników.
Niezbędny będzie jeszcze jeden pomiar – charakterystyka całej kolumny z tweeterem w przeciwfazie (podłączamy plus do minusa i vice versa). Pomiar ten pokazuje nam zgranie fazowe głośników. Gdy charakterystyki się odejmują tworząc głęboki dołek („reverse null”) mamy dobre zgranie fazowe. Gdy dołek jest płytka lub charakterystyki odejmują się poza punktem podziału zgranie fazowe jest złe. I to jest sedno całej pracy nad zwrotnicą – dążenie do jak najlepszego zgrania fazowego przy w miarę liniowej charakterystyce przetwarzania. Dobre zgranie fazowe wygląda np. tak:
A skąd się bierze dołek w miejscu przecięcia się charakterystyk głośników podłączonych w przeciwfazie? Fala dźwiękowa (jak każda inna fala) ma swoje maksima i minima. Projektując zwrotnice ważne jest by maksima i minima fal pojawiały się w tym samym czasie, w ten sposób nakładają się na siebie. Gdy maksima "spotkają się" z "dołkami" to falę znoszą się. Ilustruje to poniższy obrazek:
Zgraniem fazowym nazywamy sytuację, gdy falę sumują się przez nałożenie się na siebie - na wykresie w miejscu podziały charakterystyka sumy będzie położona o 6 db "wyżej" niż punkt przecięcia się charakterystyk głośników. (Uwaga! samo 6 db różnicy nie może być wyznacznikiem dobrego zgrania fazowego, bo ta wartość jest tylko w teorii, głośniki mają przecież nierówną charakterystykę i może się okazać, że zgranie byłoby gorsze ale przez pik na charakterystyce głośnika wychodzi 6 dB - dlatego tak ważne jest sprawdzenie jak wygląda charakterystyka w przeciwnej fazie). Przesunięcia fazowe wprowadzane są przez zwrotnicę i głośniki (także ich wzajemne położenie), wyrażane są w stopniach (mówimy "przesunięcie o określony kąt").
Teraz modyfikując elementy staramy się doprowadzić do wyrównania charakterystyki i osiągnięcia jak najgłębszego dołka w miejscu podziału. Umieszczając w filtrze dolnoprzepustowym cewkę o większej indukcyjności widzimy, że częstotliwość graniczna filtra zmniejsza się. Analogicznie - cewka o mniejszej indukcyjności powoduje zwiększenie częstotliwości odcięcia. W przypadku filtru II rzędu dochodzi jeszcze kondensator - umieszczając w zwrotnicy kondensator o większej pojemności zauważamy, że zbocze charakterystyki przetwarzania ma większe nachylenie. Umieszczając mniejszy kondensator charakterystyka opada łagodniej. Należy pamiętać, że zbyt duży kondensator powoduje znaczne obciążenie wzmacniacza, dlatego lepiej nie odbiegać za bardzo od wartości popularnych typów filtrów - Bessel, Butterwortha, etc.
Sytuacja z filtrem górnoprzepustowym jest odwrotna - większa pojemność szeregowego kondensatora obniża częstotliwość podziału i analogicznie mniejsza wartość sprawia, że częstotliwość jest większa. Natomiast w tym wypadku równoległa cewka o mniejszej wartości powoduje większe nachylenie zbocza charakterystyki, a cewka o mniejszej indukcyjności - łagodniejsze opadanie charakterystyki.
Szeregowo wpięty rezystor przed głośnikiem wysokotonowym lub średniotonowym powoduje obniżenie efektywności przetwarzania tego głośnika. Rezystor zawsze umieszczamy przed kondensatorem tworzącym filtr górnoprzepustowym. Rezystor umieszczony za kondensatorem powoduje zwiększenie impedancji "widzianej" przez filtr, a więc zmienia częstotliwość podziału.
Dzielnik napięcia (również używany do ściszania głośnika) może być wpięty zarówno przed jak i za filtrem - nie wpływa na jego prace. Zwykle jednak umieszcza się go za filtrem górnoprzepustowym, aby do rezystorów nie dochodziła niepotrzebny nadmiar mocy.
Jeżeli na wykresie z pomiarami kolumny w której tweeter jest w przeciwfazie pojawił się dołek reverse null, ale gdzieś indziej charakterystyka któregoś z głośników znajduje się poniżej charakterystyki wypadkowej to w tym miejscu nie ma zgrania fazowego, należy działać dalej.
Zgranie fazowe można zmieniać przez zmiany rodzaju filtrów (np. II rząd zamiast I rzędu), pochylenie przedniej ścianki, zmianę częstotliwości podziału, rozsunięcie/przysunięcie częstotliwości odcięcia poszczególnych głośników, a w przypadku systemów aktywnych – przez moduł regulacji fazy (moduł regulacji opóźnienia sygnału dla danego głośnika).
Przed przystąpieniem do projektowania zwrotnicy dobrze jest zorientować się w tym jak przekłada się to co słyszymy na poszczególne częstotliwości dźwięku. Proponuję więc ściągnąć jakiś wielopunktowy equalizer, np. Graphic Equalizer Studio. Zakładamy słuchawki, włączamy dowolny znany nam utwór i przesuwając suwaki z odpowiednimi częstotliwościami staramy się wychwycić różnicę w dźwięku. W ten sposób możemy przekonać się jaki wpływ na dźwięk ma nadmiar/niedostatek danej części pasma.
Konieczne jest także zapoznanie się z podstawami działania zwrotnic - np. http://audiomania.info/portal.php?show=37 , http://kolumny.prv.pl/zwrotnicab.php http://audioefm.w.interia.pl/budowa_zw.htm
Mikrofon pomiarowy można zbudować samemu niewielkim nakładem kosztów. Kupujemy wkładkę mikrofonową panasonic wm61 (może być inna odpowiednio wysokiej jakości, ta jednak jest sprawdzona) np. tu: http://www.loudspeakershop.eu/wkladka-mikrofonowa-panasonic-wm61a-p-491.html , jacka 3,5 mm i przewód ekranowany o odpowiedniej długości. Dokładną instrukcje wykonania takiego mikrofonu można znaleźć tu: http://kolumny.prv.pl/zwrotnicapswk.php lub http://www.monterdiy.vel.pl/wpisy/38
Wkładka wm61 ma wznoszącą się charakterystykę, to znaczy, że na wykresie pojawi się minimalnie więcej wysokich tonów (od ok. 6 khz) – można poszukać pliku kalibracyjnego i wyrównać charakterystykę mikrofonu, nie jest to jednak niezbędne, poziom wysokich tonów należy i tak dobrać na słuch.
Program Homilpulse można pobrać z http://www.holmacoustics.com/holmimpulse.php . Na stronie dostępna jest także obszerna instrukcja, warto się z nią zapoznać.
Niezbędna będzie wyjściową zwrotnicę, od której zaczniemy pomiar charakterystyki. Jeżeli nie mamy żadnej zwrotnicy to liczymy w kalkulatorze (np. http://ccs.exl.info/calc_cr.html ) wybierając określony punkt podziału. Pamiętajmy o tym, że dla bezpieczeństwa głośnik wysokotonowy powinien być odcinany na częstotliwości co najmniej 2x większej od jego FS. Starajmy się również by nierówności na końcu pasma przetwarzania pewnych głośnika niskotonowych przejawiające się jako wysokie góry na wykresie były odpowiednio silnie stłumione – należy je odciąć co najmniej oktawę niżej. Oprócz samej nzwrotnicy potrzebne są także elementy RLC, musimy wiec kupić kilka sztuk kondensatorów (koniecznie bipolarnych), rezystorów i cewek. Łącząc ze sobą takie same elementy szeregowo lub równolegle uzyskamy określoną wartość wypadkową danego połączenia. Pomocne mogą być kalkulatory: http://radio.elektroda.net/rezystory.php oraz http://radio.elektroda.net/kondensatory.php .
Pomiar powinien być dokonywany w możliwie dużym i dobrze wytłumionym pomieszczeniu. Musimy zadbać o eliminacje wpływu fal obitych na wyniki pomiaru - dobrym pomysłem jest ułożeniem na podłodze miedzy kolumną, a mikrofonem pomiarowym np. grubego koca, który stłumi pierwsze odbicie. Odległości od ścian i wszelkich większych przedmiotów powinny być możliwie największe. Homipulse automatycznie ustala bramkowanie (czas przechwytywania sygnału) na czas pierwszego odbicia (zakłądka „Data analys”, opcja „detect time zero” -> „first peak”).
Pamiętajmy, by zniwelować wszelkie niepożądane źródła dźwięku (wiatrak komputera, etc). Zarówno mikrofon jak i kolumna powinna być stale w jednej pozycji. Mikrofon powinien znajdować się w takiej odległości od kolumny, w jakiej będziemy słuchali muzyki. Kolumny podłączamy do wzmacniacza, a ten do wyjścia stereo karty dźwiękowej. Zwrotnica powinna być na zewnątrz kolumny, bo ze względu na konieczność jej niemal nieustannej modyfikacji wyciąganie jej za każdym razem byłoby bardzo kłopotliwe. Pamiętajmy by w sterownikach dźwięku i/lub opcjach panelu sterowania wyłączyć wszystkie efekty dźwiękowe. W zakładce „Device&signal” wybieramy odpowiedni sterownik dźwięku dla „inpute device” i ‘output device”.
Możemy teraz przystąpić do właściwego pomiaru.
Sam pomiar odbywa się poprzez rejestracje sygnału generowanego przez wyjście karty dźwiękowej i wizualizację go na ekranie. W tym celu klikamy zakładkę „Measurments”, a następnie poniżej jednej z liter (A, B, C) „measure”. Każdej literze przyporządkowany jest określony kolor charakterystyki – na ekranie mogą więc być widoczne w jednym momencie trzy różne wyniki pomiarów. Nie jesteśmy jednak ograniczeni tylko do takiej liczby pomiarów, klikając strzałki pod kolorowym kwadratem (nad przyciskiem „export” ) możemy przeprowadzić kolejny pomiar dla danego koloru nie tracąc poprzedniego (wracamy do niego klikając strzałkę przeciwnego kierunku).
Możemy robić zbliżenie na określony zakres częstotliwości zaznaczając go myszą na wykresie. Powrót do stanu przed powiększeniem następuje po kliknięciu prawym przyciskiem myszy. Powiększać możemy także pomiar czasu bramkowania, a samo bramkowanie ustalać przez "złapanie" przerywanej linii w dolnym okienku i przesunięcie jej w prawo (dłuższy czas bramkowania) lub w lewo (krótszy czas bramowania). Wraz z wydłużaniem czasu bramkowania do mikrofonu dociera więcej fal obitych. Chcąc dokładnie mierzyć niskie częstotliwości (przydatne jest to do wykonywania kompensacji efekty baffle stepu) musimy zbliżyć mikrofon do kolumny i/lub zwiększyć czas bramkowania.
Wygląd charakterystyki przenoszenia całej kolumny do zrobienia zwrotnicy nie wystarczy - niezbędne jest dodanie wykresów z pomiarów poszczególnych głośników. W tym celu odłączamy wszystkie głośniki oprócz jednego i robimy pomiar. Analogicznie z następnym głośnikiem. Dopiero teraz mając wgląd w trzy charakterystyki możemy wskazać częstotliwość podziału, czyli punkt przecięcia się charakterystyk poszczególnych głośników.
Niezbędny będzie jeszcze jeden pomiar – charakterystyka całej kolumny z tweeterem w przeciwfazie (podłączamy plus do minusa i vice versa). Pomiar ten pokazuje nam zgranie fazowe głośników. Gdy charakterystyki się odejmują tworząc głęboki dołek („reverse null”) mamy dobre zgranie fazowe. Gdy dołek jest płytka lub charakterystyki odejmują się poza punktem podziału zgranie fazowe jest złe. I to jest sedno całej pracy nad zwrotnicą – dążenie do jak najlepszego zgrania fazowego przy w miarę liniowej charakterystyce przetwarzania. Dobre zgranie fazowe wygląda np. tak:
A skąd się bierze dołek w miejscu przecięcia się charakterystyk głośników podłączonych w przeciwfazie? Fala dźwiękowa (jak każda inna fala) ma swoje maksima i minima. Projektując zwrotnice ważne jest by maksima i minima fal pojawiały się w tym samym czasie, w ten sposób nakładają się na siebie. Gdy maksima "spotkają się" z "dołkami" to falę znoszą się. Ilustruje to poniższy obrazek:
Zgraniem fazowym nazywamy sytuację, gdy falę sumują się przez nałożenie się na siebie - na wykresie w miejscu podziały charakterystyka sumy będzie położona o 6 db "wyżej" niż punkt przecięcia się charakterystyk głośników. (Uwaga! samo 6 db różnicy nie może być wyznacznikiem dobrego zgrania fazowego, bo ta wartość jest tylko w teorii, głośniki mają przecież nierówną charakterystykę i może się okazać, że zgranie byłoby gorsze ale przez pik na charakterystyce głośnika wychodzi 6 dB - dlatego tak ważne jest sprawdzenie jak wygląda charakterystyka w przeciwnej fazie). Przesunięcia fazowe wprowadzane są przez zwrotnicę i głośniki (także ich wzajemne położenie), wyrażane są w stopniach (mówimy "przesunięcie o określony kąt").
Teraz modyfikując elementy staramy się doprowadzić do wyrównania charakterystyki i osiągnięcia jak najgłębszego dołka w miejscu podziału. Umieszczając w filtrze dolnoprzepustowym cewkę o większej indukcyjności widzimy, że częstotliwość graniczna filtra zmniejsza się. Analogicznie - cewka o mniejszej indukcyjności powoduje zwiększenie częstotliwości odcięcia. W przypadku filtru II rzędu dochodzi jeszcze kondensator - umieszczając w zwrotnicy kondensator o większej pojemności zauważamy, że zbocze charakterystyki przetwarzania ma większe nachylenie. Umieszczając mniejszy kondensator charakterystyka opada łagodniej. Należy pamiętać, że zbyt duży kondensator powoduje znaczne obciążenie wzmacniacza, dlatego lepiej nie odbiegać za bardzo od wartości popularnych typów filtrów - Bessel, Butterwortha, etc.
Sytuacja z filtrem górnoprzepustowym jest odwrotna - większa pojemność szeregowego kondensatora obniża częstotliwość podziału i analogicznie mniejsza wartość sprawia, że częstotliwość jest większa. Natomiast w tym wypadku równoległa cewka o mniejszej wartości powoduje większe nachylenie zbocza charakterystyki, a cewka o mniejszej indukcyjności - łagodniejsze opadanie charakterystyki.
Szeregowo wpięty rezystor przed głośnikiem wysokotonowym lub średniotonowym powoduje obniżenie efektywności przetwarzania tego głośnika. Rezystor zawsze umieszczamy przed kondensatorem tworzącym filtr górnoprzepustowym. Rezystor umieszczony za kondensatorem powoduje zwiększenie impedancji "widzianej" przez filtr, a więc zmienia częstotliwość podziału.
Dzielnik napięcia (również używany do ściszania głośnika) może być wpięty zarówno przed jak i za filtrem - nie wpływa na jego prace. Zwykle jednak umieszcza się go za filtrem górnoprzepustowym, aby do rezystorów nie dochodziła niepotrzebny nadmiar mocy.
Jeżeli na wykresie z pomiarami kolumny w której tweeter jest w przeciwfazie pojawił się dołek reverse null, ale gdzieś indziej charakterystyka któregoś z głośników znajduje się poniżej charakterystyki wypadkowej to w tym miejscu nie ma zgrania fazowego, należy działać dalej.
Zgranie fazowe można zmieniać przez zmiany rodzaju filtrów (np. II rząd zamiast I rzędu), pochylenie przedniej ścianki, zmianę częstotliwości podziału, rozsunięcie/przysunięcie częstotliwości odcięcia poszczególnych głośników, a w przypadku systemów aktywnych – przez moduł regulacji fazy (moduł regulacji opóźnienia sygnału dla danego głośnika).
