https://www.elektroda.pl/rtvforum/posting.php?mode=editpost&p=18503223#Aktualizacja 12-09-2020
* Poprawiłem sekcje dotyczącą pomiarów w HolmImpulse na bardziej kanoniczną.
* Połączyłem sekcje dotyczącą dodatkowych uwag dotyczących tweetera.
* I jeszcze nowa sekcja dodatkowa dotycząca woofera i pułapek rezonansowych.
* Kilka innych poprawek w starym tekście.
W kilku słowach, w związku z moimi próbami w kategorii DIY audio, dostaje różnorakie pytania. Zamiast odpowiadać na każde z osobna, może lepiej byłoby zebrać w jednym miejscu kilka rzeczy. Pozwolę sobie więc ..,
Pierwsze - obudowa
Ogólne wskazówki niezależnie od wybranego typu obudowy (zamknięta czy też BR). Wymiary obudowy nie powinny nigdy być swoją wielokrotnością ani równą częścią np. połową (redukujemy fale stojące). Należy starać się wykonać przednią przegrodę możliwie wąską np maksymalnie 1cm szerszą z każdej strony niż kosz głośnika niskotonowego. Chodzi tutaj o przesunięcie efektu baffle step w kierunku jak najwyższych częstotliwości tam gdzie filtr dolnoprzepustowy ma już spore tłumienie dla wyższych częstotliwości. Inaczej będziemy musieli specjalnie zwiększać indukcyjność cewki filtra dolnoprzepustowego (więc i rezystancje, której nie lubimy).
Baffle Step (nie pamiętam rodzimego terminu) to efekt związany z przejściem głośnika niskotonowego z pracy w półprzestrzeni (długość fali krótsza od szerokości przegrody) do pracy w pełnej przestrzeni (długość fali dłuższa od szerokości przegrody). Głośnik emituje cały czas taką samą energie ale przy pracy w półprzestrzeni czyni to w sposób kierunkowy (do przodu) a przy pracy w pełnej przestrzeni dookólny.
W przypadku pomiaru SPL w osi głośnika, mikrofon zarejestruje 6db spadek SPL o łagodnym zboczu, w momencie gdy częstotliwość spadnie poniżej punktu, w którym długość fali dla zadanej częstotliwości jest dłuższa niż szerokość przegrody (emisja do pełnej przestrzeni). Rozważaniem tego problemu jest odpowiednie tłumienie GDN''''a powyżej tego punktu lub dodanie drugiego głośnika by grał niskie tony, np konstrukcja 2.5D. Tak, dodanie równoległego głośnika grającego to samo pasmo podnosi SPL o 6db.
Ja osobiście preferuje konstrukcje 2.5D z podanego powyżej powodu ale też również dla tego, że filtrację głośnika basowego można w dużej mierze oprzeć na pewnym uproszczeniu i nie trzeba dokonywać pomiarów. Ma to kolosalne znaczenie jeśli chodzi o warunki w jakich dokonujemy naszych pomiarów. Im niższe częstotliwości chcemy miarodajnie pomierzyć tym lepsze warunki potrzebujemy do takiego pomiaru.
Gdzie te głośniki?
Głośnik wysokotonowy i średniotonowy/nisko-średniotonowy powinny być jak najbliżej siebie. Odległość osi (środek kopułki) obu głośników powinna być zbliżona a najlepiej mniejsza niż długość fali (L[m] ]= 340[m]/f[Hz]) dla częstotliwości podziału. Z tego powodu dla współczesnych 6.5 cali głośników to około 2500Hz i tweeter powinien być tak dobrany by dać radę grać bez obawy o zniszczenie od tej częstotliwości z tłumieniem np 12db na oktawę.
Jeśli tak nie zrobimy, to fale akustyczne z obu głośników będą tworzyły w przestrzeni niespójny bałagan, gdzie przesuwając się w płaszczyźnie wertykalnej (np, góra i dół), będziemy słyszeli co innego. Wystrzegajcie się np. kolumn vintage gdzie średni ton jest po przeciwnej stronie skrzynki jak GDWK (np. ZG40C). Ten sam powód stoi za tym by nie tworzyć koszmarów, w których np dwa głośniki wysokotonowe grają to samo pasmo.
Konieczne jest frezowanie pod głośnik wysokotonowy tak by jego front był wpasowany w płaszczyznę przedniej przegrody.
Inaczej czekają nas nieciekawe efekty dyfrakcyjne. GDNy nie potrzebują już frezowania, można je robić wedle własnych preferencji estetycznych. Bardzo ważne jest by projektując zestaw GDWK znalazł się na wysokości ucha słuchacza. Wysokość kolumn, wysokość podstawek i umiejscowienie GDWK powinno być odpowiednio dobrane. Oś głośnika wysokotonowego to oś odsłuchu.
Czasami zdarzają się konstrukcje, które zrywają z tym standardem, ale wówczas przyjmuje się oś odsłuchu na wysokości 90cm (niezależnie gdzie głośnik wysokotonowy jest umieszczony).
Więcej o obudowach
Odsyłam do tego, bardzo dobrego opracowania. Co do doboru głośników to sprawa jest w miarę prosta. Początkujący powinny sięgać po głośniki papierowe lub polipropylenowe. Mają one łatwiejszy do opanowania breakup (czyli tą część charakterystyki przenoszenia gdzie membrana nie porusza się już cała, ale środek membrany wibruje mocno z dużą częstotliwością (środek jest wszak przyklejony do cewki). Do obudowy BR stosujemy głośniki o dobroci całkowitej Qts <= 0.4, powyżej tego stosujemy obudowę zamkniętą (Qts większa niż 0.4).
Chodzi tutaj o charakterystyki impulsowe, czyli jak zachowuje się raz pobudzony szpilką impulsu elektrycznego głośnik, czy oscyluje mocno pod wpływem własnej bezwładności, czy też szybko sam się zatrzymuje. Większe Qts - bardziej oscyluje, a więc gorszy impuls i niebezpieczeństwo rozbiegania się przy dużych mocach. Oczywiście te oscylacje występują przy częstotliwości rezonansowej głośnika Fs.
W artykule, który podałem powyżej znajdziecie więcej informacji na temat doboru obudów. Z mała uwagą, jeśli chodzi o BR proponuję trzymać się klasyki czyli BB4, gdzie rezonans BR ustawia się na Fs głośnika. Daje to dobre właściwości impulsowe (bo tłumimy ruch membrany tam gdzie sam głośnik sobie z tym nie radzi) i zabezpiecza go przed zniszczeniem oraz poprawia liniowość odpowiedzi.
Głośnik posiada ograniczone wychylenie liniowe zwane Xmax, więc jeśli pod wpływem BR, dobranego do Fs, prawie się nie wychyla i tym lepiej dla nas.
Tego czego powyższy artykuł nie mówi, to o konieczności skorygowania pojemności obudowy ze względu na dodatkową impedancje zwrotnicy (a w zasadzie cewki lub cewek filtra dolnoprzepustowego).
Parametr Qts ma składową mechaniczną i elektryczną (tak, tak głośnik pod wpływem swojego ruchu przy Fs, zamienia się w mały generator, gdzie energia mechaniczna zgromadzona w rozpędzoną swoją bezwładnością membranie zamienia się w elektryczną i chce wrócić do wzmacniacza). Dodatkowa cewka w filtrze wprowadza impedancje, która przeszkadza głośnikowi hamować swoją inercję elektrycznie.
Z tego powodu zanim użyjemy wzorów z artykuły należy skorygować wartości Qes i Qts:
Qes'=Qes*[(Rs+Re)/Re]
Rs to suma rezystancji wszytkich cewek filtrujących głośnik, bez rezystancji samego głośnika. Re to rezystanacja cewki samego głośnika.
Qts'=(Qes'*Qms)/((Qes'+Qms)
I dopiero tą nową wartość Qts'''' należy użyć z tabelami podanymi w opracowaniu
Jeszcze raz o frezowaniu otworów pod głośniki
Pisałem o konieczności frezowania otworów pod kosz głośnika wysokotonowego. Co się będzie działo jeśli frezowania nie będzie można zobaczyć tu.
Co do głośnika nisko lub średniotonowego to sytuacja jest nieco odwrotna, otóż warto jest wykonać fazowanie od wewnętrznej strony przedniej przegrody by pozwolić głośnikowi "oddychać". Więcej tutaj.
Jeszcze nie o zwrotnicach
Jakich wartości cewek się spodziewać? W większości 6.5 calowych GDNów wystarczy cewka około 1.5mH. Zależnie od wykonania będzie ona miała 1ohm do 0.5ohm. Jeśli chcemy robić kolumnę 2D proponuję jednak cewki rdzeniowe o rezystancji 0.25ohm.
Generalnie nawet w przypadku kaskadowego łączenia filtrów dla kolumn 2.5D, z rozbudowanymi filtrami rzędu 3, rezystancja cewek nie powinna przekraczać 1ohm.
Kolejną rzecz którą chcę tutaj poruszyć to kwestia zgodności fazy przyłączenia głośników. Opisy teoretyczne zamieszczanie w internecie czy też w książkach mają tą zaletę. że są teoretyczne. W rozważaniach różnego rodzaju filtracji i wynikających z tego przesunięć fazy dla głośników pracujących na wspólne pasmo wynika taka a nie inna polaryzacji przyłączeń. Jest to tylko i wyłącznie teoria bazująca na tym że oba rozważane głośniki są w tej samej odległości od wirtualnego punktu pomiaru i mają identyczne właściwości dynamiczne. Dla prawdziwych kolumn to nigdy nie ma miejsca. Środki akustyczne głośników nigdy nie są równo odległe od głośnika a właściwości impulsowe tweetera z membraną o masie 2g są zupełnie inne niż woofera o masie 15g. W przypadku popularnych, dobrych i lubianych filtracji RL odpowiednie zgranie faz uzyskuje się przez odpowiedni dobór elementów zwrotnicy. Oczywiście przełączenie jednego z głośników o 180 stopni ma sens jeśli dzięki temu łatwiej będzie osiągnąć zamierzony wynik.
Pomiary
Niestety bez zainwestowania pieniędzy w sprzęt nie ma dalszej drogi. Mikrofon typu Behringer ECM8000 i najtańszy interfejs audio od Behringer''''a to podstawa. Interfejs audio musi mieć zasilanie mikrofonów - Phantom. Ja używam Behringer UMC 22 U-Phoria.
Do tego statyw mikrofonowy. Kabel mikrofonowy 5 - 6 m. Laptop z HolmImpulse, wzmacniacz z funkcją Direct. Podstawka dla dla monitorów oraz taboret dla większych kolumn. Możliwie duże pomieszczenie, z którego można usunąć meble (większość
).
Jeśli chodzi o HolmImpulse to jego zaletą jest zupełna darmowość, wsparcie dla Windows 7-10 oraz możliwość pomiaru bramkowanego.
Czy pisałem już, że w przeciwieństwie do ARTY jest zupełnie darmowy do zastosowań nie komercyjnych?
Aby mieć szansę na wsparcie procesu projektowania zwrotnic w software, należy mieć jeszcze sprzęt do pomiaru impedancji w funkcji częstotliwości. Zwyczajny miernik RLC nie da rady, potrzebujecie czegoś takiego jak: DATS (Są dostępne aukcje na Ebay również i w europie).
Dodatkowo przyda się wam tani, chiński głośnik wysokotonowy, który będzie waszym pierwszym królikiem doświadczalnym pozwalającym wam skalibrować sprzęt bez obawy o zniszczenie docelowych komponentów.
Ustawienie głośników - ustawiamy mierzoną kolumnę tak by podłoga oraz sufit znajdowały się w odległości większej niż 1m od skrajnego głośnika. Czyli najniżej zamontowany głośnik niskotonowy powinien znajdować się przynajmniej metr od podłoża, i głośnik wysokotonowy zazwyczaj na szczycie kolumny, również 1m od sufitu. Kto ma dostępne duże i dość wysokie pomieszczenie ten wygrał. Przed kolumną jest kompletna pustka, żadnych mebli my sami lokujemy się za kolumną. Przed kolumną na podłodze rozkładamy puchate dywany, poduszki cokolwiek co tłumić będzie odbicia dźwięku.
Mikrofon pomiarowy powinien znajdować się dokładnie w osi GDWK o odległości 1m. Przyda się najtańszy rozsądny statyw mikrofonowy.
Głośniki montujemy w kolumnach razem z docelowym wygłuszeniem. Uwaga nie należy robić pomiarów bez wygłuszenia, bo opracowując zwrotnice będziemy walczyć z problemami spowodowanymi brakiem wygłuszenia... Głośniki podłączamy długimi kablami które wyprowadzamy z kolumny np przez rurę bas reflex.
Należy sobie oznaczyć kable, który jest od tweetera który od GDN''''a. Na pierwszy rzut będziemy mierzyć byle jaki chiński głośnik GDWK za 20PLN zwiększając silę dźwięku od minimum, do takiej przy której nie nadwyrężamy głośnika ale pomiar jest dobrze 40 - 50db powyżej szumów.
Jeśli zapomnieliśmy oznaczyć kable i nie wiemy, który jest od głośnika np. wysokotonowego, pomoże nam pomiar impedancji. Głośnik wysokotonowy będzie miał maximum impedancji przy około 1kHz a głośnik niskotonowy przy np. 50Hz.
W przypadku pomiaru w HolmImpulse dobrze jest wybrać plik kalibracyjny dla mikrofonu, np. generyczny plik dla ECM8000 a jeszcze lepiej plik specyficzny dla danego egzemplarza mikrofonu jeśli takim dysponujemy. Zakładka „Device & Signal → Calibration → Microphone Calibration → Browse”.
Przestawiamy też opcje „Measurement Signal” na zakładce „Device & Signal” na „Chrip” i tak zostawiamy. Zalecane jest zainstalowanie driverów audio ASIO4ALL i przełączenie „Device & Signal” do ASIO w „Playing and recording”. W sekcji Output Device należy wybrać kanał do którego podłączamy nasze głośniki.
Teraz możemy przejść do zakładki „Measurements” i rozpocząć pomiar pierwszego głośnika, niech to będzie testowy chiński GDWK, zaczynamy od naprawdę minimalnej głośności zwiększając tak by otrzymać jednoznaczny pomiar, odpowiednio odsunięty od szumów tła ale nie za głośny. Nie muszę dodawać, że trzeba pogonić precz domowników, wyłączyć co się da, zamknąć okna i osiągnąć stan ciszy całkowitej i minimum hałasu tła, nie oddychamy.
Po naciśnięciu przycisku "Measure" powinniśmy uzyskać taki efekt:
Ważna informacja, HolmImpulse działa poprzez pomiar emisji sinusoidalnego sygnału o zmiennej częstotliwości.
Oczywiście pomiar jest zakłócony odbiciami od ścian i innych obiektów, z tego powodu HolmImpulse rejestruje próbki z mikrofonu tylko przez krótki interwał czasu a kolejne próbki odrzuca. Taki pomiar nazywamy bramkowanym. Na dolnym wykresie okna pomiarów HolmImpulse możemy regulować czas bramkowania ciągnąć przerywaną linię tak by przebiegała tuż przy zarejestrowanym pierwszym największym odbiciu.
Zmierzyliśmy jeden głośnik i niestety teraz kończą się żarty a zaczynają się schody...
Schody się zaczęły
Aby symulować zwrotnice komputerowo potrzebujemy następujących danych dotyczących wszystkich głośników
a) przebiegu impedancji w funkcji częstotliwości - mamy to dzięki DATS
b) przebiegu SPL w funkcji częstotliwości - mamy to dzięki Holmimpulse
c) przebiegu fazy w funkcji częstotliwości , no właśnie tu zaczynają się schody...
Dzięki genialnym hinduskim programistą Windows 7 i nowsze systemy (myślę że tyczy się to również Visty) zyskały nowy model driverów sprzętowych, który jest o kant d.. rozbić. Żadna aplikacja działająca poza kernelem OS nie jest w stanie precyzyjnie sterować strumieniami adresowanymi do i ze sprzętu. W Windowsie pojawił się nierozwiązywalny problem "latency". Krótko mówiąc aplikacje nie wiedzą ile czasu od wysłania żądania do sterowników musi upłynąć by pojawił się strumień danych. Czasami klika ms więcej czasem mniej. Nie ma to znaczenia dla pomiaru SPL, ale ma to bardzo duży impakt na pomiar fazy. Jak nie będziemy mieli dobrze zmierzonej fazy, nici z symulacji.
Twórcy HolmImpulse są świadomi tego problemu i przygotowali swoje narzędzia by temu problemowi zapobiec. Robimy co następuje:
- Montujemy docelowy GDWK.
- Upewniamy się że w ustawianiach "Data Analysis" wybrany jest "Detect Time zero" -> "First peak positive/negative".
- Klikamy "Device & Signal" -> "Stream" -> "Start stream".
- Upewniamy się że program ciągle pokazuje na pasku statusu "Audiostream started successfully".
- Dokonywujemy pomiaru głośnika wysokotonowego ("Measurements -> Measure").
- Przechodzimy ponownie do "Data Analysis" i wybieramy "Time zero locked (time alignement)". W okienku "Last detected" powinny być widoczny numer sampla dla którego wykryto przy ostatnim pomiarze "First peak positive/negative". Klikamy "Use".
- Teraz dokonujemy pomiaru kolejnych wooferów czy midwooferów.
Mikrofon zostaje cały czas w tej samej pozycji, niczego nie ruszamy niczym nie kręcimy.
Jest jeszcze jedna metoda której ja używam do sprawdzenia czy pomairy fazy mają sens.
Po pomiarze przeprowadzonym w opisany powyżej sposób, powinniśmy mieć na wykresie SPL takie coś (tu pomiar 3 głośników dla zestawów 2.5D):
Proszę zwrócić uwagę na dolny wykres pokazujący charakterystykę impulsową i na małe zniekształcenie przez głównym impulsem.
Należy sobie powiększyć ten fragment na dolnym wykresie, a następnie tylko w razie potrzeby, używając przycisku "Options" dla każdego z zasobników z pomiarami, zmieniać wartości "Offset" tak by wykresy pokryły się wzajemnie, jak na obrazku poniżej:
Teraz mamy szansę wyeksportować przebiegi SPL oraz fazy, które będą poprawne i nasza praca przy symulacji zwrotnicy będzie miała jakiś sens...
Ps. Trochę więcej odnośnie używania wbudowanych w Holmimpulse narzędzi służących rozwiązywaniu problemu "latency" najdziecie
tutaj.
Eksportujemy pomiary:
Zanim eksportujemy pomiary dobrze jest je wyskalować czyli przesunąć w górę tak by dochodziły do linii 0db. Każdy z przebiegów skalujemy o taką samą wartość db. Skalowanie odbywa się poprzez kliknięcie "Opcje" dla każdego z zasobników z pomiarami a następnie użycie opcji "Normalization" -> "Offset".
Na tym okienku nie dokonujemy żadnych zmian ustawień poza wpisaniem ścieżki i nazwy nowego pliku.
Pomiar impedancji
Najlepiej przy pomocy DATS''''a, eksportujemy do formatu zma. Przed pomiarem nie należy zapomnieć skalibrować DATS''''a.
Czas na symulacje zwrotnicy
Na początek drobna uwaga natury filozoficznej. Modelowanie cyfrowe a tym jest w gruncie rzeczy symulowanie zwrotnicy i naszych głośników to zabawa, w której zawsze musimy dbać o potwierdzanie zgodności modelu z rzeczywistością. Naszym pierwszym przeciwnikiem jest GIGO (Garbage In, Garbage Out). Wspomniany już efekt latency skutecznie może nam utrudniać zebranie dobrych danych o fazie.
Dalej używając gotowego oprogramowania typu VituxCAD nie mamy wpływu na zastosowany model i częściowo tylko na jego parametry.
Z tego powodu by dobrze projektować zwrotnice będziemy nie tylko dokonywali symulacji ale i pomiarów prototypu, korekt w symulacji i ponownych pomiarów.
Najbardziej elementarną rzeczą, która możemy zrobić by się upewnić, że nasz model w komputerze jakkolwiek poprawnie działa, jest symulowanie uproszczonej zwrotnicy, np zblokowanie GDWK kondensatorem albo GDN''''a cewką, a następnie dokonaniu pomiaru takiej zwrotnicy w pomiarze akustycznym. Proszę uważać na parametry cewek takie jak rezystancja czy kondensatorów takie jak ESR.
Pomierzyć je możemy DATSem.
Pobieramy VituixCAD , tworzymy nowy projekt i definiujemy w nim używane głośniki "Drivers". Do każdego z tych głośników ładujemy plik pomiaru SPL, wyeksportowany z HolmImpulse - "Frequency responses" oraz plik Impedancji ZMA z DATS''''a - "Impedance response". Tutaj uwaga. VituxCAD może przyjąć N plików SPL. Pliki takie sporządza się obracając kolumnę w płaszczyźnie horyzontalnej, począwszy od osi GDWK w prawo i w lewo o zadane kąty. Ostatecznie VituxCAD potrzebuje przynajmniej jednego pliku w osi GDWK.
Teraz możemy przejść do zakładki "Crossover" i zrobić projekt naszej zwrotnicy. Proponuję się posiłkować pomysłami z tego linka, odnoszą się one do popularnych głośników STX i mogą stanowić świetną bazę wyjściową Zap P. Gorąco polecam przeanalizować wykresy załączone pod powyższym linkiem, częstotliwości cięcia, tłumienie dekadę powyżej czy poniżej i inne detale.
Wracając do VituxCAD, waszym zadaniem będzie przy pomocy wybranej topologii, oraz doboru wartości elementów osiągnąć dwie rzeczy:
- okienku "SPL" utrzymać całościowy wykres w marginesie 5db (no dobra 6db czyli +/- 3db)
- w okienku "GD&Phase" otrzymać pokrywające się wykresy dwu sąsiednich głośników np. wysoko i nisko tonowy w zakresie częstotliwości, w którym grają one razem. Chodzi o osiągnięcie czegoś takiego:
W przypadku gdyby przebiegi fazy nie układały się w taki dogodny sposób należy przejść do karty "Drivers" i na dole po lewej stronie kliknąć dla każdego z głośników opcje "Invers".
To czy osiągnięto sukces, można sprawdzić na jeszcze jeden sposób. Np przełączając jeden z głośników w przeciwne połączenie.
W tym celu należy prawym przyciskiem myszy kliknąć w obszarze "Crossover" na głośnik wysokotonowy i wybrać opcje "Invert".
Powinniście wówczas zobaczyć w okienku "SPL" takie coś:
Jeśli chodzi o samą zmianę parametrów to wystarczy zaznaczyć myszą element którego wartość chcemy zmienić, a potem obracać kółkiem myszy. VitixCAD będzie zmieniał automatyczne wartość zaznaczonego parametru zgodnie z typoszeregiem danego elementu. Aby uzyskać większą gradacje czasem konieczne jest dołożenie szeregowe lub równoległe drugiego elementu tego samego typu a mniejszej wartości, tak by można było dokładnie wyregulować np. zgranie faz głośników.
Null reverse
To co zobaczyliście, ten ostry trójkątne osłabienie w charakterystyce wynikowej SPL, nazywa się czasem skrótowo "null reverse", null bo SPL obu głośników pracujących na wspólne pasmo, połączonych przeciwnie powinno się zerować tam gdzie oba głośniki promieniują falę o tym samym natężeniu, ale o fazie przesuniętej o 180 stopni. Oznacza to, że przy połączeniu normalnym głośniki grają ze sobą w fazie, czyli tak jak powinno być. W żadnym wypadku przebieg SPL przy połączeniu przeciwnym nie powinien wychodzić ponad SPL dla połączenia normalnego. Tutaj przykład gdzie nie do końca to perfekcyjnie wyszło (przeszkadzał brak frezowania pod kosz GDWK):
Generalnie dla dobrze dobranych zwrotnic z filtrami wyższego niż pierwszy rzędu (LR) null reverse powinien być "lejkowaty", symetryczny i schodzący głęboko. Dla filtrów innych rzędów, np rzędu pierwszego będzie to wyglądało nieco inaczej.
Uwaga, pierwszą rzeczą, która będziemy chcieli zrobić to pomiar złożonego prototypu zwrotnicy (dla naszej wygody prototyp trzymamy na kablach na zewnątrz obudowy) w przeciwnym połączeniu głośników by zweryfikować czy pomierzony null reverse jest taki jak obiecany przez symulacje... Może się okazać, że mimo naszych starań przebieg null rewerse dla pomierzonej zwrotnicy zaprojektowanej w VituxCAD nie będzie idealnie odpowiadał temu z symulacji.
Przyczyny tego zjawiska mogą być następujące: niedokładnie złapaliśmy fazę w pomiarze ze względu na efekt latency, niedokładnie podaliśmy parametry elementów, np rezystancje cewek czy ESR kondensatorów. Do pomiaru parametrów elementów należy używać DATS.
Co wówczas robić? Można tak: używając np kondensatora 1uF dołączyć go do np, kondensatora bocznikującego głośnik w filtrze GDN i sprawdzić w pomiarze co się zmieni. Jeśli "lejek" null reverse się pogłębia to oznacza, że musimy docelowo użyć większej pojemności. Jeśli robi się płytszy, wprost przeciwnie, mniejszej. Podobnie dodatkowego kondensatora używamy do chwilowego zwiększenia pojemności pierwszego od wzmacniacza kondensatora blokującego GDWK. Mierzymy i sprawdzamy czy dołożenie poprawiło null reverse czy też pogorszyło. Sugeruje również używać cewek o dość małej rezystancji dla cewki bocznikującej GDWK oraz zestawu rezystorów od 0.22ohm do 2.2ohm. Można przyłączyć ten o najmniejszej rezystancji i zwiększać rezystancję przeprowadzając raz po raz pomiary null reverse i obserwując co się dzieje, czy jest poprawa czy pogorszenie. Należy pamiętać by dip null reverse był dość szeroki i symetryczny. Tak jak pisałem po podłączeniu głośników do połączenia normalnego i przeprowadzeniu pomiaru, SPL z połączenia przeciwnego nie może wychodzić poza poziom SPL dla połączenia normalnego.
Jeśli zupełnie jest źle i nic nie pomaga należy, właściwe nie zaszkodzi od tego zacząć, należy zmierzyć poszczególne filtrowane głośniki.
I teraz ważna uwaga. Odłączenie głośnika np. niskotonowego do pomiaru oznacza odłączenie całej sekcji zwrotnicy dla głośnika niskotonowego od wzmacniacza. Nie wolno zostawiać podłączonych do wzmacniacza filtrów bez obciążenia i dokonywać pomiarów, inaczej ryzykujecie uszkodzenie wzmacniacza.
W przypadku pomiaru samych głośników wyniki jakich należy się spodziewać i do jakich należy dążyć jest to by przebiegi dwu pracujących na to samo pasmo głośników spotkały się około 6db poniżej nominalnej wartości SPL.
Jeśli tak się nie dzieje to nie ma sensu pracować nad właściwym przebiegiem null reverse i trzeba zacząć od zapewnienia, że tłumienie obu głośników pozwala spotkać się ich charakterystykom przy częstotliwości cięcia w punkcie -6db, a dopiero potem szukać zgrania faz.
Zwrotnice, głośnik niskotonowy
Dzisiaj bardzo mało głośników nadaje się do zwrotnic 1 rzędu (pojedyncza cewka dla GDN i pojedynczy kondensator dla GDWK). Zresztą takie zwrotnice mają też swoje wady, kolumny zbudowane na takich zwrotnicach nie są przeznaczone dla każdego, wymagają ustawienia, właściwej pozycji słuchacza i tp. Większość głośników ma dzisiaj lekkie i sztywne membrany i nawet papierowe głośniki wymagają w związku z tym solidnego tłumienia breakupu na zwrotnicy. Z tego powodu filtry dla GDN które się powszechnie stosuje to najczęściej filtry w rzędu 2 z pułapką oraz rzedu 3 (również z pułapką).
Dla łatwiejszego złapania zgrania fazowego dobrze jest uwzględniać przesunięcia fazowe na samych filtrach, co powoduje że złapanie dobrego zgrania jest łatwe jeśli np filtr 2 rzędu dla GDN''''a połączymy z filtrem 3 rzędu dla GDWK.
Niektóre głośniki będą wymagały korektora impedancji. Generalnie chodzi o to, że impedancja głośnika to nie jest 8ohm ale może być dużo większa i rośnie wraz z częstotliwością. Jeśli filtr dolnoprzepustowy obciążony jest dużą impedancją to spada jego skuteczność tłumienia. Z tego powodu głośniki np Tonsila, którym impedancja w funkcji częstotliwości strzela w niebo, potrzebują korektora impedancji zwanego obwodem Zobla.
I w tym przypadku VitixCAD pomoże, oto głośnik i jego impedancja:
a tu korektor i przebieg impedancji po korekcji:
Głośnik w przykładzie to Tonsil GDN 13/40/2 8 ohm. Proszę zwrócić uwagę że ustabilizowałem impedancje widzaną z zacisków źródła na około 8 ohm w zakresie 1.5-5kHz. co daje dość komfortowe warunki pracy dla filtra dolnoprzepustowego.
Dzięki korektorowi impedancji cewka blokująca GDN może mieć mniejszą indukcyjność a przy tym mniejszą rezystancję co jest zawsze pożądane. Niektóre głośniki (np. praktycznie wszystkie modele STX) mają tzw pierścienie Faradaya, które poza robieniem innych dobrych rzeczy powodują, że przebieg impedancji w funkcji częstotliwości nie jest tak ostro rosnący i w większości przypadków nie trzeba stosować korektora impedancji. Ponieważ korektor impedancji, koryguje impedancję głośnika to jest on zawsze ostatni w torze sygnału.
Dla czego chcemy używać cewek o jak najmniejszej rezystancji. Rezystancja cewki filtrującej GDN tłumi całe pasmo przenoszone przez głośnik niskotonowy. Różnice pomiędzy cewką 1.5mH nawiniętą drutem fi 0.75mm (około 0.55ohm) a cewką o tej samej indukcyjności, rdzeniową (0.25ohm) mogą sięgać nawet dobrych 2db. Jeśli chodzi o bas to jest to znacząca różnica, nie zapominając o poprawie impulsu.
Tym bardziej w małych 2D kolumnach należy sięgać po cewki rdzeniowe, ale tylko i wyłącznie te, które stosujemy jako szeregowo połączone z GDN. Chodzi o to, że w takim przypadku nawet grając dość cicho, prąd który płynie przez taką cewkę jest na tyle duży, że możemy zapomnieć problemach z nieliniowością cewek przy przejściu przez 0 strumienia. Z drugiej strony ekstremalny przypadek w, którym grając bardzo głośno spowodowaliśmy nasycenie się takiej cewki nie spowoduje zniszczenia głośnika niskotonowego ani wzmacniacza.
Innym ciekawym elementem na który można wrócić uwagę jest dodatkowa gałąź RC do cewki filtrującej GDN, tu przykład filtru:
Którym próbuje uzyskać filtrowanie typu Linkwitz-Riley mimo najlepszych chęci mam co najwyżej:
Ciągle przy 5kHz nie udało się weliminować breakupu GDN''''a (sztywne włókno węglowe), wobec tego modyfikuje zwrotnice w następujący sposób:
Generalna zasada jeśli chodzi o wybór częstotliwości cięcia dla GDN''a to dekadę (przynajmniej) poniżej częstotliwości przy której zaczyna się breakup. W większości przypadków musi to być przynajmniej filtr 12dB na oktawę, a w przypadku głośników np z włókna szklanego, węglowego, aluminium i innych lekkich ale sztywnych materiałów nawet i 18dB na oktawę.
VituixCAD sam oblicza zwrotnice
Teraz pytanie, co to jest za fioletowa linia na powyższym wykresie? Otóż jest to jedno z najbardziej przydatnych narzędzi VituxCAD czyli optymalizator zwrotnic. Jeśli wiemy jak go użyć może być bardzo pomocny. Uruchamia się go klikając menu kontekstowe na okienku SPL.
Oto ustawienia jakie wybrałem dla głośnika niskotonowego:
SPL - ustawiłem taką wartość jaki może być maksymalny średni poziom ciśnienia wynikający z pomiarów.
Wybrałem Low pass filer Linkwitz Riley rzędu czwartego gdyż, tylko on daje null reverse taki jaki chce uzyskać.
Częstotliwość cięcia ustawiłem na 2500Hz i wybrałem głośnik który chcę filtrować czyli ten z dwu GDNów, który gra również średnice (to jest przykład z konstrukcji 2.5D).
Passive component snap wybrałem E12 tak by program dobrał mi takie wartości elementów jakie mogę kupić w sklepie.
Ilość ewaluacji ustawiłem na 1000, to z pewnością powinno wystarczyć.
Dodatkowo zanim klikniemy przycisk Optimize musimy zaznaczyć elementy, których wartości będą zoptymalizowane.
Jeśli optymalizujemy głośnik niskotonowy to, zaznaczamy do optymalizacji tylko elementy w filtrze GDN''''a.
I to też nie wszystkie, proponuje dobierać wartości cewek szeregowych wedle własnego uznania (nachylenie przebieg, tak by było w miarę poziome w dole pasma) i nie dawać ich optymalizować, w tym przypadku 1.5mH jest dobrym wyborem.
W tym miejscu muszę dodać, że przebieg widoczny na powyższym rysunku otrzymałem przez ręczną modyfikację zwrotnicy nie przez optymalizacje.
Automatyczne wyliczanie elementów zwrotnicy dla tweetera
W tym przypadku użyję prawie od początku do końca optymalizatora. Wiem z teorii dotyczącej filtrów, że w celu uzyskania zgrania fazy najlepiej będzie jeśli filtr topologii rzędu drugiego dla GDN''''a połączę z filtrem o topologii rzędu trzeciego zdla GDWK:
Wstawiłem filtr rzędu 3 wraz z tłumikiem tzw Lpad, na razie nie przejmuje się wartościami tych elementów. Zadbałem tylko by zostały zaznaczone jako wartości do optymalizacji, prawy klawisz myszy na elemencie, menu kontekstowe "Optimize ON". Zadbałem też by wyciszyć obydwa GDN, podobnie przez użycie menu kontekstowego na tych elementach.
Jeszcze jedna uwaga, cewka w gałęzi bocznikującej GDWK, jest w założeniu z bardzo grubego drutu np 1.1mm a dodatkowo dołożyłem rezystor, który będzie optymalizowany przez program. Ma to swój cel ponieważ rezystnacja w tej gałeźi mocno wpływa na dobroć filtru.
Docelowo można się bawić by tak dobrać średnicę drutu nawojowego aby sama rezystnacja cewki wystarczyła zamiast dodatkowego rezystora ale na początek lepiej mieć margines do rególacji w postaci cewki o malym R, do której będziemy dodawać dodatkowy rezystor z zakresu poniżej 1ohm.
Ustawienie optymalizatora dla GDWK ustawiłem jak na rysunku:
No i teraz jest niestety pewien problem bo optymalizator nie poradzi sobie z pewną właściwością tego konkretnego typu GDWK. Zaznaczam na obrazku o co chodzi...
To jest breakup głośnika wysokotonowego, który należy wytłumić tak by jego charakterystyka w tym zakresie była w miarę płaska, filtr który narysowałem powyżej nie poradzi sobie, trzeba go zmodyfikować o gałąź RLC bocznikującą GDWK.
O tu już lepiej:
Czas uruchomić optymalizator, po chwili...
Teraz wyłączam wyciszenie głośników niskotonowych i otrzymuje taki przebieg sumarycznego SPL:
oraz Null reverse po przełączeniu GDWK do "Inverse" prawym przyciskiem myszy w jego menu kontekstowym:
Zwrotnica przygotowana przez komputer:
Jest już całkiem dobrze. Proszę zwrócić uwagę, że w ustawieniach dla optymalizatora dla GWKD, przyjąłem nieco niższą częstotliwość niż dla głośnika niskotonowego, 2300Hz zamiast 2500Hz. O ile mniej lub więcej przyjąć należy wybadać metodą prób i błędów wykonując kilka przebiegów optymalizatora, sprawdzając dla każdej próby jak wygląda null reverse i ewentualnie cofając zmiany gdy null reverse nie wygląda tak jak byśmy sobie tego życzyli.
Ps. Tutaj dla porównania zwornica udziergana ręcznie w pomiarach: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3642198.html dla tego samego projektu na podstawie tych samych pomiarów.
Jeszcze więcej o głośniku wysokotonowym
Zazwyczaj głośnik wysokotonowy ma maksymalne SPL większe niż głośniki nisko i średnio tonowe. W karcie produktu znajdziemy np 90dB dla typowego GDW i np 88dB dla typowego GDN. Wobec tego zachodzi konieczność dopasowania poziomu głośności GDWK do GDN.
Służy do tego tzw tłumik L, lub z angielska Lpad.
Odpowiednie wartości rezystancji Lpada, ściszające głośnik wysokotonowy o zadany poziom dB można znaleźć w necie ale ktoś kto zakłada sobie, że wystarczy odjąć max SPL głośniejszego głośnika od cichszego jest w błędzie. Sam filtr powoduje już pewne trudne go określenia bez symulacji straty sygnału, tak i mają tu znaczenie np. użyte kondensatory. Im mniejszy ESR kondensatorów tym lepiej, więc sugeruje stosować duże foliowe kondensatory na co najmniej 250V. Oczywiście nie trzeba od razy skakać po kondensatory audio za 50PLN od sztuki, podstawowe Miflexy czy STX wystarczą do pierwszych projektów. Oczywiście można metodą prób i błędów dobierać różne tłumienia i dokonywać odsłuchów porównawczych ale to nieco żmudna i długotrwała droga i ogranicza możliwość modelowania charakterystyki GDW.
Wpływ Lpad na charakterystykę głośnika wysokotonowego
Sprawa jest dość prosta, zmieniając rezystor bocznikujący GDW powodujemy podnoszenie się lub opadanie charakterystyki w całym pasmie przenoszenia:
Natomiast zmieniając rezystancje szeregową zmieniamy pochylenie charakterystyki:
Gdzie na schemacie zastosować Lpad. Moim zdaniem tuż przy głośniku. Z dwu powodów. Po pierwsze zastosowanie Lpada tuż przed samym głośnikiem powoduje wygładzenie impedancji widzianej przez filtr w kierunku Lpada i głośnika, tu dla przykładu impedancja typowego GDW bez żadnego dodatkowego układu:
a tutaj gdy głośnik dołączony jest przez Lpad jak na pierwszym schemacie:
Czemu to takie ważne, im większa jest impedancja widziana przez filtr w kierunku obciążenia tym mniejsza jest skuteczność filtru.
W przypadku gdy trzymamy się zasady iż chcemy ciąć głośnik wysokotonowy dekadę i troszkę powyżej jego fs, to zapewnienie jak najlepszego tłumienia przy częstotliwości rezonansu jest bardzo ważne. Dodatkowo jeśli rezystory są za filtrem to odkłada się na nich dużo mniejsza moc. Inna sprawa, że w takim przypadku cewka bocznikująca GDW niekoniecznie powinna być z najcieńszego drutu, szczególnie w mocnych i głośno grających kolumnach (przepalenie takiej cewki przy głośnym graniu spowoduje kaskadową awarię GDW).
W przypadku innych konfiguracji gdzie np stosuje się tylko pojedynczy rezystor jako tłumik a przeszkadza nam pik impedancji GDW można zastosować takie rozwiazanie. Czyli obwód rezonansowy, szeregowy RLC dopasowany swoim rezonansem do cz. rezonansowej GDW. R robi tutaj za minimalną, nominalną impedancje głośnika przy szeregowym rezonansie RC.
Jak pisałem częstotliwość cięcia głośnika wysokotnowego dopieramy nie niższą niż 1 dekada powyżej jego częstotliwości rezonansowej przy tłumieniu co najmniej 12db na oktawę. Nie należy podawać na głośnik wysokotnowy częstotliwości niższych niż podane powyżej a już w absolutnie większych sygnałów przy jego Fs. Wbrew obiegowym opinią głośniki wysokotonowe pozbawione filtracji a sterowane większym sygnałem nie palą się, ale zrywają się im podłączenia cewek, właśnie z powodu oscylacji przy Fs.
Większość głośników wysokontonowych posiada podobnie jak GDNy i GDMy swój breakup, objawiający się gwałtownym wzrostem SPL przy np 8 - 12kHz. Z tym zalewiskiem walczy się używając tego typu filtrów
Niektóre głośniki np. z membranami z aluminium potrafią mieć ten breakup przy ponad 20kHz, np STX ALX. Wyczytałem opinie, że taki breakup też należy tłumić mimo, że jest on praktycznie niesłyszalny. Podobno powoduje on problemy całą dekadę niżej czyli np przy 10KHz a to już jest słyszalne pasmo. Moim i tylko moim zdaniem zastrzegam się, w niektórych przypadkach głośników z breakupem około 10KHz można pokusić się o i nie tłumić idealnie do końca tego peaku w celu dogodzenia płytkim gustom, a to dzięki zwiększeniu poziomu wysokich tonów przy tej częstotliwości, ale to z pewnością nie jest działanie godne prooooo...
Finalne strojenie poziomu SPL głośnika wysokotonowego
Uzyskanie właściwego balansu tonalnego (że użyje takiego terminu) pomiędzy głośnikiem średnio-niskotonowym a wysokokotnym jest dość trudne na podstawie tylko i wyłącznie pomiaru. Okazuje się że czasem zmiana tłumienia o 0.5db dla GDW potrafi zupełnie zmienić charakter brzmienia zestawu kolumn. Inną sprawą jest to jaki efekt chcemy osiągnąć, czy kolumny mają grac wysokimi powściągliwie, "trzymając talerze perkusji z tyłu" sceny czy tez wręcz przeciwnie, chcemy kreować dźwięk niekoniecznie tak jak zrealizowano go w studiu.
Nie wdaje się tutaj w dyskusje, jakie podejście jest właściwe, osobiście zrobiłem i używam kolumn, które starają się wpasować w jeden i drugi format, zależnie od rodzaju muzyki czy nastroju wybieram jedną lub druga opcje.
Niemniej jednak ostateczny poziom SPL ustalam w odsłuchach porównawczych z innymi najlepiej uznanymi na rynku kolumnami. Staram się określić czy głosy wokalistów nie brzmią zbyt lekko (należy zwiększyć tłumienie GDW w całym zakresie - mniejszy rezystor bocznikujący) lub odwrotnie brakuje szczegółów artykulacji a wybrzmiewa zbyt mocno dolna średnica (należy zmniejszyć tłumienie GDW w całym zakresie). Słuchamy blach perkusji, jeśli wychodzą zbyt mocno do przodu i są natarczywe należy zwiększyć tłumienie górnego skraju pasma zwiększając rezystancje szeregową Lpada. Niewielkie zmiany wartości rezystorów Lpada zazwyczaj nie wpływają kolosalnie na zgranie fazy ale przy nieco większych zmianach może się okazać konieczne skorygowanie pojemności w filtrze dla GDW.
Ze względu na to, że proces strojenia GDW w odsłuchach, może zająć trochę czasu, dobrze jest na kilka tygodni pozostawić zwrotnice na zewnątrz kolumny, i jeśli nie mamy możliwości powtarzania pomiarów po każdej zmianie, to posiłkować się symulacjami.
Dodatkowe uwagi co do głośnika niskotnowego
Jednym z wymogów dobrze grającego głośnika jest duża sztywność membrany pozwalająca gwarantująca dobre kierunkowe właściwości głośnika. Niestety im sztywniejszy materiał tym w efekcie gorszy efekt breakupu. Oto niespodzianka którą sprawi W.18.180.8.FCX_v1. Pomiar bez filtracji:
Właściwe wytłumienie takiego breakupu może być bardzo kłopotliwe. Konieczne będą przynajmniej 2 cewki i filtr w topologii rzędu III (i kondensator). Niestety nawet użycie obu cewek rdzeniowych np 1.5mH i 0.47mH oznacza dodatkową rezystancje szeregową oraz dodatkowy wydatek.
Można inaczej np tak:
Zwracam uwagę na gałąź z cewką L5 i kondensatorem C5. Stanowi ona tzw filtr eliptyczny.
Wycina on z bardzo skutecznie z dużą dobrocią częstotliwości począwszy od 2.5kHz. Ponieważ dobroć tego filtra jest dość duża musi on być wsparty kolejnym filtrem rezonansowym, tym razem równoległym LC zbudowanym na indukcyjności filtrującej L2 woofer i dodatkowym kondensatorze C6.
Oto skutek działania takiej filtracji:
* Poprawiłem sekcje dotyczącą pomiarów w HolmImpulse na bardziej kanoniczną.
* Połączyłem sekcje dotyczącą dodatkowych uwag dotyczących tweetera.
* I jeszcze nowa sekcja dodatkowa dotycząca woofera i pułapek rezonansowych.
* Kilka innych poprawek w starym tekście.
W kilku słowach, w związku z moimi próbami w kategorii DIY audio, dostaje różnorakie pytania. Zamiast odpowiadać na każde z osobna, może lepiej byłoby zebrać w jednym miejscu kilka rzeczy. Pozwolę sobie więc ..,
Pierwsze - obudowa
Ogólne wskazówki niezależnie od wybranego typu obudowy (zamknięta czy też BR). Wymiary obudowy nie powinny nigdy być swoją wielokrotnością ani równą częścią np. połową (redukujemy fale stojące). Należy starać się wykonać przednią przegrodę możliwie wąską np maksymalnie 1cm szerszą z każdej strony niż kosz głośnika niskotonowego. Chodzi tutaj o przesunięcie efektu baffle step w kierunku jak najwyższych częstotliwości tam gdzie filtr dolnoprzepustowy ma już spore tłumienie dla wyższych częstotliwości. Inaczej będziemy musieli specjalnie zwiększać indukcyjność cewki filtra dolnoprzepustowego (więc i rezystancje, której nie lubimy).
Baffle Step (nie pamiętam rodzimego terminu) to efekt związany z przejściem głośnika niskotonowego z pracy w półprzestrzeni (długość fali krótsza od szerokości przegrody) do pracy w pełnej przestrzeni (długość fali dłuższa od szerokości przegrody). Głośnik emituje cały czas taką samą energie ale przy pracy w półprzestrzeni czyni to w sposób kierunkowy (do przodu) a przy pracy w pełnej przestrzeni dookólny.
W przypadku pomiaru SPL w osi głośnika, mikrofon zarejestruje 6db spadek SPL o łagodnym zboczu, w momencie gdy częstotliwość spadnie poniżej punktu, w którym długość fali dla zadanej częstotliwości jest dłuższa niż szerokość przegrody (emisja do pełnej przestrzeni). Rozważaniem tego problemu jest odpowiednie tłumienie GDN''''a powyżej tego punktu lub dodanie drugiego głośnika by grał niskie tony, np konstrukcja 2.5D. Tak, dodanie równoległego głośnika grającego to samo pasmo podnosi SPL o 6db.
Ja osobiście preferuje konstrukcje 2.5D z podanego powyżej powodu ale też również dla tego, że filtrację głośnika basowego można w dużej mierze oprzeć na pewnym uproszczeniu i nie trzeba dokonywać pomiarów. Ma to kolosalne znaczenie jeśli chodzi o warunki w jakich dokonujemy naszych pomiarów. Im niższe częstotliwości chcemy miarodajnie pomierzyć tym lepsze warunki potrzebujemy do takiego pomiaru.
Gdzie te głośniki?
Głośnik wysokotonowy i średniotonowy/nisko-średniotonowy powinny być jak najbliżej siebie. Odległość osi (środek kopułki) obu głośników powinna być zbliżona a najlepiej mniejsza niż długość fali (L[m] ]= 340[m]/f[Hz]) dla częstotliwości podziału. Z tego powodu dla współczesnych 6.5 cali głośników to około 2500Hz i tweeter powinien być tak dobrany by dać radę grać bez obawy o zniszczenie od tej częstotliwości z tłumieniem np 12db na oktawę.
Jeśli tak nie zrobimy, to fale akustyczne z obu głośników będą tworzyły w przestrzeni niespójny bałagan, gdzie przesuwając się w płaszczyźnie wertykalnej (np, góra i dół), będziemy słyszeli co innego. Wystrzegajcie się np. kolumn vintage gdzie średni ton jest po przeciwnej stronie skrzynki jak GDWK (np. ZG40C). Ten sam powód stoi za tym by nie tworzyć koszmarów, w których np dwa głośniki wysokotonowe grają to samo pasmo.
Konieczne jest frezowanie pod głośnik wysokotonowy tak by jego front był wpasowany w płaszczyznę przedniej przegrody.
Inaczej czekają nas nieciekawe efekty dyfrakcyjne. GDNy nie potrzebują już frezowania, można je robić wedle własnych preferencji estetycznych. Bardzo ważne jest by projektując zestaw GDWK znalazł się na wysokości ucha słuchacza. Wysokość kolumn, wysokość podstawek i umiejscowienie GDWK powinno być odpowiednio dobrane. Oś głośnika wysokotonowego to oś odsłuchu.
Czasami zdarzają się konstrukcje, które zrywają z tym standardem, ale wówczas przyjmuje się oś odsłuchu na wysokości 90cm (niezależnie gdzie głośnik wysokotonowy jest umieszczony).
Więcej o obudowach
Odsyłam do tego, bardzo dobrego opracowania. Co do doboru głośników to sprawa jest w miarę prosta. Początkujący powinny sięgać po głośniki papierowe lub polipropylenowe. Mają one łatwiejszy do opanowania breakup (czyli tą część charakterystyki przenoszenia gdzie membrana nie porusza się już cała, ale środek membrany wibruje mocno z dużą częstotliwością (środek jest wszak przyklejony do cewki). Do obudowy BR stosujemy głośniki o dobroci całkowitej Qts <= 0.4, powyżej tego stosujemy obudowę zamkniętą (Qts większa niż 0.4).
Chodzi tutaj o charakterystyki impulsowe, czyli jak zachowuje się raz pobudzony szpilką impulsu elektrycznego głośnik, czy oscyluje mocno pod wpływem własnej bezwładności, czy też szybko sam się zatrzymuje. Większe Qts - bardziej oscyluje, a więc gorszy impuls i niebezpieczeństwo rozbiegania się przy dużych mocach. Oczywiście te oscylacje występują przy częstotliwości rezonansowej głośnika Fs.
W artykule, który podałem powyżej znajdziecie więcej informacji na temat doboru obudów. Z mała uwagą, jeśli chodzi o BR proponuję trzymać się klasyki czyli BB4, gdzie rezonans BR ustawia się na Fs głośnika. Daje to dobre właściwości impulsowe (bo tłumimy ruch membrany tam gdzie sam głośnik sobie z tym nie radzi) i zabezpiecza go przed zniszczeniem oraz poprawia liniowość odpowiedzi.
Głośnik posiada ograniczone wychylenie liniowe zwane Xmax, więc jeśli pod wpływem BR, dobranego do Fs, prawie się nie wychyla i tym lepiej dla nas.
Tego czego powyższy artykuł nie mówi, to o konieczności skorygowania pojemności obudowy ze względu na dodatkową impedancje zwrotnicy (a w zasadzie cewki lub cewek filtra dolnoprzepustowego).
Parametr Qts ma składową mechaniczną i elektryczną (tak, tak głośnik pod wpływem swojego ruchu przy Fs, zamienia się w mały generator, gdzie energia mechaniczna zgromadzona w rozpędzoną swoją bezwładnością membranie zamienia się w elektryczną i chce wrócić do wzmacniacza). Dodatkowa cewka w filtrze wprowadza impedancje, która przeszkadza głośnikowi hamować swoją inercję elektrycznie.
Z tego powodu zanim użyjemy wzorów z artykuły należy skorygować wartości Qes i Qts:
Qes'=Qes*[(Rs+Re)/Re]
Rs to suma rezystancji wszytkich cewek filtrujących głośnik, bez rezystancji samego głośnika. Re to rezystanacja cewki samego głośnika.
Qts'=(Qes'*Qms)/((Qes'+Qms)
I dopiero tą nową wartość Qts'''' należy użyć z tabelami podanymi w opracowaniu
Jeszcze raz o frezowaniu otworów pod głośniki
Pisałem o konieczności frezowania otworów pod kosz głośnika wysokotonowego. Co się będzie działo jeśli frezowania nie będzie można zobaczyć tu.
Co do głośnika nisko lub średniotonowego to sytuacja jest nieco odwrotna, otóż warto jest wykonać fazowanie od wewnętrznej strony przedniej przegrody by pozwolić głośnikowi "oddychać". Więcej tutaj.
Jeszcze nie o zwrotnicach
Jakich wartości cewek się spodziewać? W większości 6.5 calowych GDNów wystarczy cewka około 1.5mH. Zależnie od wykonania będzie ona miała 1ohm do 0.5ohm. Jeśli chcemy robić kolumnę 2D proponuję jednak cewki rdzeniowe o rezystancji 0.25ohm.
Generalnie nawet w przypadku kaskadowego łączenia filtrów dla kolumn 2.5D, z rozbudowanymi filtrami rzędu 3, rezystancja cewek nie powinna przekraczać 1ohm.
Kolejną rzecz którą chcę tutaj poruszyć to kwestia zgodności fazy przyłączenia głośników. Opisy teoretyczne zamieszczanie w internecie czy też w książkach mają tą zaletę. że są teoretyczne. W rozważaniach różnego rodzaju filtracji i wynikających z tego przesunięć fazy dla głośników pracujących na wspólne pasmo wynika taka a nie inna polaryzacji przyłączeń. Jest to tylko i wyłącznie teoria bazująca na tym że oba rozważane głośniki są w tej samej odległości od wirtualnego punktu pomiaru i mają identyczne właściwości dynamiczne. Dla prawdziwych kolumn to nigdy nie ma miejsca. Środki akustyczne głośników nigdy nie są równo odległe od głośnika a właściwości impulsowe tweetera z membraną o masie 2g są zupełnie inne niż woofera o masie 15g. W przypadku popularnych, dobrych i lubianych filtracji RL odpowiednie zgranie faz uzyskuje się przez odpowiedni dobór elementów zwrotnicy. Oczywiście przełączenie jednego z głośników o 180 stopni ma sens jeśli dzięki temu łatwiej będzie osiągnąć zamierzony wynik.
Pomiary
Niestety bez zainwestowania pieniędzy w sprzęt nie ma dalszej drogi. Mikrofon typu Behringer ECM8000 i najtańszy interfejs audio od Behringer''''a to podstawa. Interfejs audio musi mieć zasilanie mikrofonów - Phantom. Ja używam Behringer UMC 22 U-Phoria.
Do tego statyw mikrofonowy. Kabel mikrofonowy 5 - 6 m. Laptop z HolmImpulse, wzmacniacz z funkcją Direct. Podstawka dla dla monitorów oraz taboret dla większych kolumn. Możliwie duże pomieszczenie, z którego można usunąć meble (większość
).
Jeśli chodzi o HolmImpulse to jego zaletą jest zupełna darmowość, wsparcie dla Windows 7-10 oraz możliwość pomiaru bramkowanego.
Czy pisałem już, że w przeciwieństwie do ARTY jest zupełnie darmowy do zastosowań nie komercyjnych?
Aby mieć szansę na wsparcie procesu projektowania zwrotnic w software, należy mieć jeszcze sprzęt do pomiaru impedancji w funkcji częstotliwości. Zwyczajny miernik RLC nie da rady, potrzebujecie czegoś takiego jak: DATS (Są dostępne aukcje na Ebay również i w europie).
Dodatkowo przyda się wam tani, chiński głośnik wysokotonowy, który będzie waszym pierwszym królikiem doświadczalnym pozwalającym wam skalibrować sprzęt bez obawy o zniszczenie docelowych komponentów.
Ustawienie głośników - ustawiamy mierzoną kolumnę tak by podłoga oraz sufit znajdowały się w odległości większej niż 1m od skrajnego głośnika. Czyli najniżej zamontowany głośnik niskotonowy powinien znajdować się przynajmniej metr od podłoża, i głośnik wysokotonowy zazwyczaj na szczycie kolumny, również 1m od sufitu. Kto ma dostępne duże i dość wysokie pomieszczenie ten wygrał. Przed kolumną jest kompletna pustka, żadnych mebli my sami lokujemy się za kolumną. Przed kolumną na podłodze rozkładamy puchate dywany, poduszki cokolwiek co tłumić będzie odbicia dźwięku.
Mikrofon pomiarowy powinien znajdować się dokładnie w osi GDWK o odległości 1m. Przyda się najtańszy rozsądny statyw mikrofonowy.
Głośniki montujemy w kolumnach razem z docelowym wygłuszeniem. Uwaga nie należy robić pomiarów bez wygłuszenia, bo opracowując zwrotnice będziemy walczyć z problemami spowodowanymi brakiem wygłuszenia... Głośniki podłączamy długimi kablami które wyprowadzamy z kolumny np przez rurę bas reflex.
Należy sobie oznaczyć kable, który jest od tweetera który od GDN''''a. Na pierwszy rzut będziemy mierzyć byle jaki chiński głośnik GDWK za 20PLN zwiększając silę dźwięku od minimum, do takiej przy której nie nadwyrężamy głośnika ale pomiar jest dobrze 40 - 50db powyżej szumów.
Jeśli zapomnieliśmy oznaczyć kable i nie wiemy, który jest od głośnika np. wysokotonowego, pomoże nam pomiar impedancji. Głośnik wysokotonowy będzie miał maximum impedancji przy około 1kHz a głośnik niskotonowy przy np. 50Hz.
W przypadku pomiaru w HolmImpulse dobrze jest wybrać plik kalibracyjny dla mikrofonu, np. generyczny plik dla ECM8000 a jeszcze lepiej plik specyficzny dla danego egzemplarza mikrofonu jeśli takim dysponujemy. Zakładka „Device & Signal → Calibration → Microphone Calibration → Browse”.
Przestawiamy też opcje „Measurement Signal” na zakładce „Device & Signal” na „Chrip” i tak zostawiamy. Zalecane jest zainstalowanie driverów audio ASIO4ALL i przełączenie „Device & Signal” do ASIO w „Playing and recording”. W sekcji Output Device należy wybrać kanał do którego podłączamy nasze głośniki.
Teraz możemy przejść do zakładki „Measurements” i rozpocząć pomiar pierwszego głośnika, niech to będzie testowy chiński GDWK, zaczynamy od naprawdę minimalnej głośności zwiększając tak by otrzymać jednoznaczny pomiar, odpowiednio odsunięty od szumów tła ale nie za głośny. Nie muszę dodawać, że trzeba pogonić precz domowników, wyłączyć co się da, zamknąć okna i osiągnąć stan ciszy całkowitej i minimum hałasu tła, nie oddychamy.
Po naciśnięciu przycisku "Measure" powinniśmy uzyskać taki efekt:
Ważna informacja, HolmImpulse działa poprzez pomiar emisji sinusoidalnego sygnału o zmiennej częstotliwości.
Oczywiście pomiar jest zakłócony odbiciami od ścian i innych obiektów, z tego powodu HolmImpulse rejestruje próbki z mikrofonu tylko przez krótki interwał czasu a kolejne próbki odrzuca. Taki pomiar nazywamy bramkowanym. Na dolnym wykresie okna pomiarów HolmImpulse możemy regulować czas bramkowania ciągnąć przerywaną linię tak by przebiegała tuż przy zarejestrowanym pierwszym największym odbiciu.
Zmierzyliśmy jeden głośnik i niestety teraz kończą się żarty a zaczynają się schody...
Schody się zaczęły
Aby symulować zwrotnice komputerowo potrzebujemy następujących danych dotyczących wszystkich głośników
a) przebiegu impedancji w funkcji częstotliwości - mamy to dzięki DATS
b) przebiegu SPL w funkcji częstotliwości - mamy to dzięki Holmimpulse
c) przebiegu fazy w funkcji częstotliwości , no właśnie tu zaczynają się schody...
Dzięki genialnym hinduskim programistą Windows 7 i nowsze systemy (myślę że tyczy się to również Visty) zyskały nowy model driverów sprzętowych, który jest o kant d.. rozbić. Żadna aplikacja działająca poza kernelem OS nie jest w stanie precyzyjnie sterować strumieniami adresowanymi do i ze sprzętu. W Windowsie pojawił się nierozwiązywalny problem "latency". Krótko mówiąc aplikacje nie wiedzą ile czasu od wysłania żądania do sterowników musi upłynąć by pojawił się strumień danych. Czasami klika ms więcej czasem mniej. Nie ma to znaczenia dla pomiaru SPL, ale ma to bardzo duży impakt na pomiar fazy. Jak nie będziemy mieli dobrze zmierzonej fazy, nici z symulacji.
Twórcy HolmImpulse są świadomi tego problemu i przygotowali swoje narzędzia by temu problemowi zapobiec. Robimy co następuje:
- Montujemy docelowy GDWK.
- Upewniamy się że w ustawianiach "Data Analysis" wybrany jest "Detect Time zero" -> "First peak positive/negative".
- Klikamy "Device & Signal" -> "Stream" -> "Start stream".
- Upewniamy się że program ciągle pokazuje na pasku statusu "Audiostream started successfully".
- Dokonywujemy pomiaru głośnika wysokotonowego ("Measurements -> Measure").
- Przechodzimy ponownie do "Data Analysis" i wybieramy "Time zero locked (time alignement)". W okienku "Last detected" powinny być widoczny numer sampla dla którego wykryto przy ostatnim pomiarze "First peak positive/negative". Klikamy "Use".
- Teraz dokonujemy pomiaru kolejnych wooferów czy midwooferów.
Mikrofon zostaje cały czas w tej samej pozycji, niczego nie ruszamy niczym nie kręcimy.
Jest jeszcze jedna metoda której ja używam do sprawdzenia czy pomairy fazy mają sens.
Po pomiarze przeprowadzonym w opisany powyżej sposób, powinniśmy mieć na wykresie SPL takie coś (tu pomiar 3 głośników dla zestawów 2.5D):
Proszę zwrócić uwagę na dolny wykres pokazujący charakterystykę impulsową i na małe zniekształcenie przez głównym impulsem.
Należy sobie powiększyć ten fragment na dolnym wykresie, a następnie tylko w razie potrzeby, używając przycisku "Options" dla każdego z zasobników z pomiarami, zmieniać wartości "Offset" tak by wykresy pokryły się wzajemnie, jak na obrazku poniżej:
Teraz mamy szansę wyeksportować przebiegi SPL oraz fazy, które będą poprawne i nasza praca przy symulacji zwrotnicy będzie miała jakiś sens...
Ps. Trochę więcej odnośnie używania wbudowanych w Holmimpulse narzędzi służących rozwiązywaniu problemu "latency" najdziecie
tutaj.
Eksportujemy pomiary:
Zanim eksportujemy pomiary dobrze jest je wyskalować czyli przesunąć w górę tak by dochodziły do linii 0db. Każdy z przebiegów skalujemy o taką samą wartość db. Skalowanie odbywa się poprzez kliknięcie "Opcje" dla każdego z zasobników z pomiarami a następnie użycie opcji "Normalization" -> "Offset".
Na tym okienku nie dokonujemy żadnych zmian ustawień poza wpisaniem ścieżki i nazwy nowego pliku.
Pomiar impedancji
Najlepiej przy pomocy DATS''''a, eksportujemy do formatu zma. Przed pomiarem nie należy zapomnieć skalibrować DATS''''a.
Czas na symulacje zwrotnicy
Na początek drobna uwaga natury filozoficznej. Modelowanie cyfrowe a tym jest w gruncie rzeczy symulowanie zwrotnicy i naszych głośników to zabawa, w której zawsze musimy dbać o potwierdzanie zgodności modelu z rzeczywistością. Naszym pierwszym przeciwnikiem jest GIGO (Garbage In, Garbage Out). Wspomniany już efekt latency skutecznie może nam utrudniać zebranie dobrych danych o fazie.
Dalej używając gotowego oprogramowania typu VituxCAD nie mamy wpływu na zastosowany model i częściowo tylko na jego parametry.
Z tego powodu by dobrze projektować zwrotnice będziemy nie tylko dokonywali symulacji ale i pomiarów prototypu, korekt w symulacji i ponownych pomiarów.
Najbardziej elementarną rzeczą, która możemy zrobić by się upewnić, że nasz model w komputerze jakkolwiek poprawnie działa, jest symulowanie uproszczonej zwrotnicy, np zblokowanie GDWK kondensatorem albo GDN''''a cewką, a następnie dokonaniu pomiaru takiej zwrotnicy w pomiarze akustycznym. Proszę uważać na parametry cewek takie jak rezystancja czy kondensatorów takie jak ESR.
Pomierzyć je możemy DATSem.
Pobieramy VituixCAD , tworzymy nowy projekt i definiujemy w nim używane głośniki "Drivers". Do każdego z tych głośników ładujemy plik pomiaru SPL, wyeksportowany z HolmImpulse - "Frequency responses" oraz plik Impedancji ZMA z DATS''''a - "Impedance response". Tutaj uwaga. VituxCAD może przyjąć N plików SPL. Pliki takie sporządza się obracając kolumnę w płaszczyźnie horyzontalnej, począwszy od osi GDWK w prawo i w lewo o zadane kąty. Ostatecznie VituxCAD potrzebuje przynajmniej jednego pliku w osi GDWK.
Teraz możemy przejść do zakładki "Crossover" i zrobić projekt naszej zwrotnicy. Proponuję się posiłkować pomysłami z tego linka, odnoszą się one do popularnych głośników STX i mogą stanowić świetną bazę wyjściową Zap P. Gorąco polecam przeanalizować wykresy załączone pod powyższym linkiem, częstotliwości cięcia, tłumienie dekadę powyżej czy poniżej i inne detale.
Wracając do VituxCAD, waszym zadaniem będzie przy pomocy wybranej topologii, oraz doboru wartości elementów osiągnąć dwie rzeczy:
- okienku "SPL" utrzymać całościowy wykres w marginesie 5db (no dobra 6db czyli +/- 3db)
- w okienku "GD&Phase" otrzymać pokrywające się wykresy dwu sąsiednich głośników np. wysoko i nisko tonowy w zakresie częstotliwości, w którym grają one razem. Chodzi o osiągnięcie czegoś takiego:
W przypadku gdyby przebiegi fazy nie układały się w taki dogodny sposób należy przejść do karty "Drivers" i na dole po lewej stronie kliknąć dla każdego z głośników opcje "Invers".
To czy osiągnięto sukces, można sprawdzić na jeszcze jeden sposób. Np przełączając jeden z głośników w przeciwne połączenie.
W tym celu należy prawym przyciskiem myszy kliknąć w obszarze "Crossover" na głośnik wysokotonowy i wybrać opcje "Invert".
Powinniście wówczas zobaczyć w okienku "SPL" takie coś:
Jeśli chodzi o samą zmianę parametrów to wystarczy zaznaczyć myszą element którego wartość chcemy zmienić, a potem obracać kółkiem myszy. VitixCAD będzie zmieniał automatyczne wartość zaznaczonego parametru zgodnie z typoszeregiem danego elementu. Aby uzyskać większą gradacje czasem konieczne jest dołożenie szeregowe lub równoległe drugiego elementu tego samego typu a mniejszej wartości, tak by można było dokładnie wyregulować np. zgranie faz głośników.
Null reverse
To co zobaczyliście, ten ostry trójkątne osłabienie w charakterystyce wynikowej SPL, nazywa się czasem skrótowo "null reverse", null bo SPL obu głośników pracujących na wspólne pasmo, połączonych przeciwnie powinno się zerować tam gdzie oba głośniki promieniują falę o tym samym natężeniu, ale o fazie przesuniętej o 180 stopni. Oznacza to, że przy połączeniu normalnym głośniki grają ze sobą w fazie, czyli tak jak powinno być. W żadnym wypadku przebieg SPL przy połączeniu przeciwnym nie powinien wychodzić ponad SPL dla połączenia normalnego. Tutaj przykład gdzie nie do końca to perfekcyjnie wyszło (przeszkadzał brak frezowania pod kosz GDWK):
Generalnie dla dobrze dobranych zwrotnic z filtrami wyższego niż pierwszy rzędu (LR) null reverse powinien być "lejkowaty", symetryczny i schodzący głęboko. Dla filtrów innych rzędów, np rzędu pierwszego będzie to wyglądało nieco inaczej.
Uwaga, pierwszą rzeczą, która będziemy chcieli zrobić to pomiar złożonego prototypu zwrotnicy (dla naszej wygody prototyp trzymamy na kablach na zewnątrz obudowy) w przeciwnym połączeniu głośników by zweryfikować czy pomierzony null reverse jest taki jak obiecany przez symulacje... Może się okazać, że mimo naszych starań przebieg null rewerse dla pomierzonej zwrotnicy zaprojektowanej w VituxCAD nie będzie idealnie odpowiadał temu z symulacji.
Przyczyny tego zjawiska mogą być następujące: niedokładnie złapaliśmy fazę w pomiarze ze względu na efekt latency, niedokładnie podaliśmy parametry elementów, np rezystancje cewek czy ESR kondensatorów. Do pomiaru parametrów elementów należy używać DATS.
Co wówczas robić? Można tak: używając np kondensatora 1uF dołączyć go do np, kondensatora bocznikującego głośnik w filtrze GDN i sprawdzić w pomiarze co się zmieni. Jeśli "lejek" null reverse się pogłębia to oznacza, że musimy docelowo użyć większej pojemności. Jeśli robi się płytszy, wprost przeciwnie, mniejszej. Podobnie dodatkowego kondensatora używamy do chwilowego zwiększenia pojemności pierwszego od wzmacniacza kondensatora blokującego GDWK. Mierzymy i sprawdzamy czy dołożenie poprawiło null reverse czy też pogorszyło. Sugeruje również używać cewek o dość małej rezystancji dla cewki bocznikującej GDWK oraz zestawu rezystorów od 0.22ohm do 2.2ohm. Można przyłączyć ten o najmniejszej rezystancji i zwiększać rezystancję przeprowadzając raz po raz pomiary null reverse i obserwując co się dzieje, czy jest poprawa czy pogorszenie. Należy pamiętać by dip null reverse był dość szeroki i symetryczny. Tak jak pisałem po podłączeniu głośników do połączenia normalnego i przeprowadzeniu pomiaru, SPL z połączenia przeciwnego nie może wychodzić poza poziom SPL dla połączenia normalnego.
Jeśli zupełnie jest źle i nic nie pomaga należy, właściwe nie zaszkodzi od tego zacząć, należy zmierzyć poszczególne filtrowane głośniki.
I teraz ważna uwaga. Odłączenie głośnika np. niskotonowego do pomiaru oznacza odłączenie całej sekcji zwrotnicy dla głośnika niskotonowego od wzmacniacza. Nie wolno zostawiać podłączonych do wzmacniacza filtrów bez obciążenia i dokonywać pomiarów, inaczej ryzykujecie uszkodzenie wzmacniacza.
W przypadku pomiaru samych głośników wyniki jakich należy się spodziewać i do jakich należy dążyć jest to by przebiegi dwu pracujących na to samo pasmo głośników spotkały się około 6db poniżej nominalnej wartości SPL.
Jeśli tak się nie dzieje to nie ma sensu pracować nad właściwym przebiegiem null reverse i trzeba zacząć od zapewnienia, że tłumienie obu głośników pozwala spotkać się ich charakterystykom przy częstotliwości cięcia w punkcie -6db, a dopiero potem szukać zgrania faz.
Zwrotnice, głośnik niskotonowy
Dzisiaj bardzo mało głośników nadaje się do zwrotnic 1 rzędu (pojedyncza cewka dla GDN i pojedynczy kondensator dla GDWK). Zresztą takie zwrotnice mają też swoje wady, kolumny zbudowane na takich zwrotnicach nie są przeznaczone dla każdego, wymagają ustawienia, właściwej pozycji słuchacza i tp. Większość głośników ma dzisiaj lekkie i sztywne membrany i nawet papierowe głośniki wymagają w związku z tym solidnego tłumienia breakupu na zwrotnicy. Z tego powodu filtry dla GDN które się powszechnie stosuje to najczęściej filtry w rzędu 2 z pułapką oraz rzedu 3 (również z pułapką).
Dla łatwiejszego złapania zgrania fazowego dobrze jest uwzględniać przesunięcia fazowe na samych filtrach, co powoduje że złapanie dobrego zgrania jest łatwe jeśli np filtr 2 rzędu dla GDN''''a połączymy z filtrem 3 rzędu dla GDWK.
Niektóre głośniki będą wymagały korektora impedancji. Generalnie chodzi o to, że impedancja głośnika to nie jest 8ohm ale może być dużo większa i rośnie wraz z częstotliwością. Jeśli filtr dolnoprzepustowy obciążony jest dużą impedancją to spada jego skuteczność tłumienia. Z tego powodu głośniki np Tonsila, którym impedancja w funkcji częstotliwości strzela w niebo, potrzebują korektora impedancji zwanego obwodem Zobla.
I w tym przypadku VitixCAD pomoże, oto głośnik i jego impedancja:
a tu korektor i przebieg impedancji po korekcji:
Głośnik w przykładzie to Tonsil GDN 13/40/2 8 ohm. Proszę zwrócić uwagę że ustabilizowałem impedancje widzaną z zacisków źródła na około 8 ohm w zakresie 1.5-5kHz. co daje dość komfortowe warunki pracy dla filtra dolnoprzepustowego.
Dzięki korektorowi impedancji cewka blokująca GDN może mieć mniejszą indukcyjność a przy tym mniejszą rezystancję co jest zawsze pożądane. Niektóre głośniki (np. praktycznie wszystkie modele STX) mają tzw pierścienie Faradaya, które poza robieniem innych dobrych rzeczy powodują, że przebieg impedancji w funkcji częstotliwości nie jest tak ostro rosnący i w większości przypadków nie trzeba stosować korektora impedancji. Ponieważ korektor impedancji, koryguje impedancję głośnika to jest on zawsze ostatni w torze sygnału.
Dla czego chcemy używać cewek o jak najmniejszej rezystancji. Rezystancja cewki filtrującej GDN tłumi całe pasmo przenoszone przez głośnik niskotonowy. Różnice pomiędzy cewką 1.5mH nawiniętą drutem fi 0.75mm (około 0.55ohm) a cewką o tej samej indukcyjności, rdzeniową (0.25ohm) mogą sięgać nawet dobrych 2db. Jeśli chodzi o bas to jest to znacząca różnica, nie zapominając o poprawie impulsu.
Tym bardziej w małych 2D kolumnach należy sięgać po cewki rdzeniowe, ale tylko i wyłącznie te, które stosujemy jako szeregowo połączone z GDN. Chodzi o to, że w takim przypadku nawet grając dość cicho, prąd który płynie przez taką cewkę jest na tyle duży, że możemy zapomnieć problemach z nieliniowością cewek przy przejściu przez 0 strumienia. Z drugiej strony ekstremalny przypadek w, którym grając bardzo głośno spowodowaliśmy nasycenie się takiej cewki nie spowoduje zniszczenia głośnika niskotonowego ani wzmacniacza.
Innym ciekawym elementem na który można wrócić uwagę jest dodatkowa gałąź RC do cewki filtrującej GDN, tu przykład filtru:
Którym próbuje uzyskać filtrowanie typu Linkwitz-Riley mimo najlepszych chęci mam co najwyżej:
Ciągle przy 5kHz nie udało się weliminować breakupu GDN''''a (sztywne włókno węglowe), wobec tego modyfikuje zwrotnice w następujący sposób:
Generalna zasada jeśli chodzi o wybór częstotliwości cięcia dla GDN''a to dekadę (przynajmniej) poniżej częstotliwości przy której zaczyna się breakup. W większości przypadków musi to być przynajmniej filtr 12dB na oktawę, a w przypadku głośników np z włókna szklanego, węglowego, aluminium i innych lekkich ale sztywnych materiałów nawet i 18dB na oktawę.
VituixCAD sam oblicza zwrotnice
Teraz pytanie, co to jest za fioletowa linia na powyższym wykresie? Otóż jest to jedno z najbardziej przydatnych narzędzi VituxCAD czyli optymalizator zwrotnic. Jeśli wiemy jak go użyć może być bardzo pomocny. Uruchamia się go klikając menu kontekstowe na okienku SPL.
Oto ustawienia jakie wybrałem dla głośnika niskotonowego:
SPL - ustawiłem taką wartość jaki może być maksymalny średni poziom ciśnienia wynikający z pomiarów.
Wybrałem Low pass filer Linkwitz Riley rzędu czwartego gdyż, tylko on daje null reverse taki jaki chce uzyskać.
Częstotliwość cięcia ustawiłem na 2500Hz i wybrałem głośnik który chcę filtrować czyli ten z dwu GDNów, który gra również średnice (to jest przykład z konstrukcji 2.5D).
Passive component snap wybrałem E12 tak by program dobrał mi takie wartości elementów jakie mogę kupić w sklepie.
Ilość ewaluacji ustawiłem na 1000, to z pewnością powinno wystarczyć.
Dodatkowo zanim klikniemy przycisk Optimize musimy zaznaczyć elementy, których wartości będą zoptymalizowane.
Jeśli optymalizujemy głośnik niskotonowy to, zaznaczamy do optymalizacji tylko elementy w filtrze GDN''''a.
I to też nie wszystkie, proponuje dobierać wartości cewek szeregowych wedle własnego uznania (nachylenie przebieg, tak by było w miarę poziome w dole pasma) i nie dawać ich optymalizować, w tym przypadku 1.5mH jest dobrym wyborem.
W tym miejscu muszę dodać, że przebieg widoczny na powyższym rysunku otrzymałem przez ręczną modyfikację zwrotnicy nie przez optymalizacje.
Automatyczne wyliczanie elementów zwrotnicy dla tweetera
W tym przypadku użyję prawie od początku do końca optymalizatora. Wiem z teorii dotyczącej filtrów, że w celu uzyskania zgrania fazy najlepiej będzie jeśli filtr topologii rzędu drugiego dla GDN''''a połączę z filtrem o topologii rzędu trzeciego zdla GDWK:
Wstawiłem filtr rzędu 3 wraz z tłumikiem tzw Lpad, na razie nie przejmuje się wartościami tych elementów. Zadbałem tylko by zostały zaznaczone jako wartości do optymalizacji, prawy klawisz myszy na elemencie, menu kontekstowe "Optimize ON". Zadbałem też by wyciszyć obydwa GDN, podobnie przez użycie menu kontekstowego na tych elementach.
Jeszcze jedna uwaga, cewka w gałęzi bocznikującej GDWK, jest w założeniu z bardzo grubego drutu np 1.1mm a dodatkowo dołożyłem rezystor, który będzie optymalizowany przez program. Ma to swój cel ponieważ rezystnacja w tej gałeźi mocno wpływa na dobroć filtru.
Docelowo można się bawić by tak dobrać średnicę drutu nawojowego aby sama rezystnacja cewki wystarczyła zamiast dodatkowego rezystora ale na początek lepiej mieć margines do rególacji w postaci cewki o malym R, do której będziemy dodawać dodatkowy rezystor z zakresu poniżej 1ohm.
Ustawienie optymalizatora dla GDWK ustawiłem jak na rysunku:
No i teraz jest niestety pewien problem bo optymalizator nie poradzi sobie z pewną właściwością tego konkretnego typu GDWK. Zaznaczam na obrazku o co chodzi...
To jest breakup głośnika wysokotonowego, który należy wytłumić tak by jego charakterystyka w tym zakresie była w miarę płaska, filtr który narysowałem powyżej nie poradzi sobie, trzeba go zmodyfikować o gałąź RLC bocznikującą GDWK.
O tu już lepiej:
Czas uruchomić optymalizator, po chwili...
Teraz wyłączam wyciszenie głośników niskotonowych i otrzymuje taki przebieg sumarycznego SPL:
oraz Null reverse po przełączeniu GDWK do "Inverse" prawym przyciskiem myszy w jego menu kontekstowym:
Zwrotnica przygotowana przez komputer:
Jest już całkiem dobrze. Proszę zwrócić uwagę, że w ustawieniach dla optymalizatora dla GWKD, przyjąłem nieco niższą częstotliwość niż dla głośnika niskotonowego, 2300Hz zamiast 2500Hz. O ile mniej lub więcej przyjąć należy wybadać metodą prób i błędów wykonując kilka przebiegów optymalizatora, sprawdzając dla każdej próby jak wygląda null reverse i ewentualnie cofając zmiany gdy null reverse nie wygląda tak jak byśmy sobie tego życzyli.
Ps. Tutaj dla porównania zwornica udziergana ręcznie w pomiarach: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3642198.html dla tego samego projektu na podstawie tych samych pomiarów.
Jeszcze więcej o głośniku wysokotonowym
Zazwyczaj głośnik wysokotonowy ma maksymalne SPL większe niż głośniki nisko i średnio tonowe. W karcie produktu znajdziemy np 90dB dla typowego GDW i np 88dB dla typowego GDN. Wobec tego zachodzi konieczność dopasowania poziomu głośności GDWK do GDN.
Służy do tego tzw tłumik L, lub z angielska Lpad.
Odpowiednie wartości rezystancji Lpada, ściszające głośnik wysokotonowy o zadany poziom dB można znaleźć w necie ale ktoś kto zakłada sobie, że wystarczy odjąć max SPL głośniejszego głośnika od cichszego jest w błędzie. Sam filtr powoduje już pewne trudne go określenia bez symulacji straty sygnału, tak i mają tu znaczenie np. użyte kondensatory. Im mniejszy ESR kondensatorów tym lepiej, więc sugeruje stosować duże foliowe kondensatory na co najmniej 250V. Oczywiście nie trzeba od razy skakać po kondensatory audio za 50PLN od sztuki, podstawowe Miflexy czy STX wystarczą do pierwszych projektów. Oczywiście można metodą prób i błędów dobierać różne tłumienia i dokonywać odsłuchów porównawczych ale to nieco żmudna i długotrwała droga i ogranicza możliwość modelowania charakterystyki GDW.
Wpływ Lpad na charakterystykę głośnika wysokotonowego
Sprawa jest dość prosta, zmieniając rezystor bocznikujący GDW powodujemy podnoszenie się lub opadanie charakterystyki w całym pasmie przenoszenia:
Natomiast zmieniając rezystancje szeregową zmieniamy pochylenie charakterystyki:
Gdzie na schemacie zastosować Lpad. Moim zdaniem tuż przy głośniku. Z dwu powodów. Po pierwsze zastosowanie Lpada tuż przed samym głośnikiem powoduje wygładzenie impedancji widzianej przez filtr w kierunku Lpada i głośnika, tu dla przykładu impedancja typowego GDW bez żadnego dodatkowego układu:
a tutaj gdy głośnik dołączony jest przez Lpad jak na pierwszym schemacie:
Czemu to takie ważne, im większa jest impedancja widziana przez filtr w kierunku obciążenia tym mniejsza jest skuteczność filtru.
W przypadku gdy trzymamy się zasady iż chcemy ciąć głośnik wysokotonowy dekadę i troszkę powyżej jego fs, to zapewnienie jak najlepszego tłumienia przy częstotliwości rezonansu jest bardzo ważne. Dodatkowo jeśli rezystory są za filtrem to odkłada się na nich dużo mniejsza moc. Inna sprawa, że w takim przypadku cewka bocznikująca GDW niekoniecznie powinna być z najcieńszego drutu, szczególnie w mocnych i głośno grających kolumnach (przepalenie takiej cewki przy głośnym graniu spowoduje kaskadową awarię GDW).
W przypadku innych konfiguracji gdzie np stosuje się tylko pojedynczy rezystor jako tłumik a przeszkadza nam pik impedancji GDW można zastosować takie rozwiazanie. Czyli obwód rezonansowy, szeregowy RLC dopasowany swoim rezonansem do cz. rezonansowej GDW. R robi tutaj za minimalną, nominalną impedancje głośnika przy szeregowym rezonansie RC.
Jak pisałem częstotliwość cięcia głośnika wysokotnowego dopieramy nie niższą niż 1 dekada powyżej jego częstotliwości rezonansowej przy tłumieniu co najmniej 12db na oktawę. Nie należy podawać na głośnik wysokotnowy częstotliwości niższych niż podane powyżej a już w absolutnie większych sygnałów przy jego Fs. Wbrew obiegowym opinią głośniki wysokotonowe pozbawione filtracji a sterowane większym sygnałem nie palą się, ale zrywają się im podłączenia cewek, właśnie z powodu oscylacji przy Fs.
Większość głośników wysokontonowych posiada podobnie jak GDNy i GDMy swój breakup, objawiający się gwałtownym wzrostem SPL przy np 8 - 12kHz. Z tym zalewiskiem walczy się używając tego typu filtrów
Niektóre głośniki np. z membranami z aluminium potrafią mieć ten breakup przy ponad 20kHz, np STX ALX. Wyczytałem opinie, że taki breakup też należy tłumić mimo, że jest on praktycznie niesłyszalny. Podobno powoduje on problemy całą dekadę niżej czyli np przy 10KHz a to już jest słyszalne pasmo. Moim i tylko moim zdaniem zastrzegam się, w niektórych przypadkach głośników z breakupem około 10KHz można pokusić się o i nie tłumić idealnie do końca tego peaku w celu dogodzenia płytkim gustom, a to dzięki zwiększeniu poziomu wysokich tonów przy tej częstotliwości, ale to z pewnością nie jest działanie godne prooooo...
Finalne strojenie poziomu SPL głośnika wysokotonowego
Uzyskanie właściwego balansu tonalnego (że użyje takiego terminu) pomiędzy głośnikiem średnio-niskotonowym a wysokokotnym jest dość trudne na podstawie tylko i wyłącznie pomiaru. Okazuje się że czasem zmiana tłumienia o 0.5db dla GDW potrafi zupełnie zmienić charakter brzmienia zestawu kolumn. Inną sprawą jest to jaki efekt chcemy osiągnąć, czy kolumny mają grac wysokimi powściągliwie, "trzymając talerze perkusji z tyłu" sceny czy tez wręcz przeciwnie, chcemy kreować dźwięk niekoniecznie tak jak zrealizowano go w studiu.
Nie wdaje się tutaj w dyskusje, jakie podejście jest właściwe, osobiście zrobiłem i używam kolumn, które starają się wpasować w jeden i drugi format, zależnie od rodzaju muzyki czy nastroju wybieram jedną lub druga opcje.
Niemniej jednak ostateczny poziom SPL ustalam w odsłuchach porównawczych z innymi najlepiej uznanymi na rynku kolumnami. Staram się określić czy głosy wokalistów nie brzmią zbyt lekko (należy zwiększyć tłumienie GDW w całym zakresie - mniejszy rezystor bocznikujący) lub odwrotnie brakuje szczegółów artykulacji a wybrzmiewa zbyt mocno dolna średnica (należy zmniejszyć tłumienie GDW w całym zakresie). Słuchamy blach perkusji, jeśli wychodzą zbyt mocno do przodu i są natarczywe należy zwiększyć tłumienie górnego skraju pasma zwiększając rezystancje szeregową Lpada. Niewielkie zmiany wartości rezystorów Lpada zazwyczaj nie wpływają kolosalnie na zgranie fazy ale przy nieco większych zmianach może się okazać konieczne skorygowanie pojemności w filtrze dla GDW.
Ze względu na to, że proces strojenia GDW w odsłuchach, może zająć trochę czasu, dobrze jest na kilka tygodni pozostawić zwrotnice na zewnątrz kolumny, i jeśli nie mamy możliwości powtarzania pomiarów po każdej zmianie, to posiłkować się symulacjami.
Dodatkowe uwagi co do głośnika niskotnowego
Jednym z wymogów dobrze grającego głośnika jest duża sztywność membrany pozwalająca gwarantująca dobre kierunkowe właściwości głośnika. Niestety im sztywniejszy materiał tym w efekcie gorszy efekt breakupu. Oto niespodzianka którą sprawi W.18.180.8.FCX_v1. Pomiar bez filtracji:
Właściwe wytłumienie takiego breakupu może być bardzo kłopotliwe. Konieczne będą przynajmniej 2 cewki i filtr w topologii rzędu III (i kondensator). Niestety nawet użycie obu cewek rdzeniowych np 1.5mH i 0.47mH oznacza dodatkową rezystancje szeregową oraz dodatkowy wydatek.
Można inaczej np tak:
Zwracam uwagę na gałąź z cewką L5 i kondensatorem C5. Stanowi ona tzw filtr eliptyczny.
Wycina on z bardzo skutecznie z dużą dobrocią częstotliwości począwszy od 2.5kHz. Ponieważ dobroć tego filtra jest dość duża musi on być wsparty kolejnym filtrem rezonansowym, tym razem równoległym LC zbudowanym na indukcyjności filtrującej L2 woofer i dodatkowym kondensatorze C6.
Oto skutek działania takiej filtracji:
