Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Projektowanie mini monitorów Hi-Fi, część 2

W zeszłym miesiącu przedstawiliśmy klasyczny brytyjski mini-monitor LS3/5A. Przyjrzeliśmy się wielu rozterkom i wyborom dotyczącym konstrukcji, materiałów i komponentów, które składają się na udany głośnik, i będziemy kontynuować to podejście w drugiej części. Zaczniemy od kluczowego filtra w sercu systemu elektroakustycznego, czyli zwrotnicy – układu zaprojektowanego w celu kierowania właściwych częstotliwości do odpowiedniego głośnika.
Article Image

Konstrukcja zwrotnicy

Zintegrowanie dwóch głośników KEF w monitorze LS3/5A spowodowało, że obwód zwrotnicy BBC jest dość skomplikowany, jak pokazano na rysunkach 32 i 33.

Rysunek 32. Zwrotnica LS3/5A 15 Ω.
Rysunek 32. Zwrotnica LS3/5A 15 Ω. 
Rysunek 33. Zwrotnica BBC LS3/5A 15 Ω (model FL6/23). (U góry) sekcja dolnoprzepustowa układu zwrotnicy; (u dołu) sekcja górnoprzepustowa. Należy zwrócić uwagę, że głośnik wysokotonowy jest podłączony odwrotnie w stosunku do głośnika niskotonowego – jest to normalne we wszystkich wariantach LS3/5A. 
Rysunek 33. Zwrotnica BBC LS3/5A 15 Ω (model FL6/23). (U góry) sekcja dolnoprzepustowa układu zwrotnicy; (u dołu) sekcja górnoprzepustowa. Należy zwrócić uwagę, że głośnik wysokotonowy jest podłączony odwrotnie w stosunku do głośnika niskotonowego – jest to normalne we wszystkich wariantach LS3/5A. 

W rezultacie jednak zintegrowano je w sposób, z którym inne rozwiązania rzadko mogą się równać. Zwrotnica jest najdroższą częścią głośnika, kosztuje bowiem około 196 funtów za parę „oficjalną” (Falcon), w której zastosowano dokładnie wyspecyfikowane komponenty. Częstotliwość zwrotnicy wynosi 3 kHz, która generalnie brzmi dobrze, ponieważ jest wystarczająco daleko od krytycznego obszaru od 200 Hz do 2 kHz i równocześnie nie jest za wysoka dla 110 mm głośnika niskotonowego. Pozwala to również na zastosowanie 19 mm kopułki wysokotonowej, która zapewnia doskonałą dyspersję w porównaniu z bardziej powszechnym rozmiarem 25 mm, który musi być stosowany dla niższych częstotliwości zwrotnicy. Taka konstrukcja zwrotnicy stanowiła topologię większości mini-monitorów aż do lat 90. XX wieku: sekcja dolnoprzepustowa drugiego rzędu połączona z korektorem szczytowym średnich częstotliwości i sekcją górnoprzepustową trzeciego rzędu. W nowszych głośnikach dąży się do uzyskania charakterystyki czwartego rzędu Linkwitz-Rileya (LR), ponieważ ma ona przewidywalny wynik fazowy i nadaje się do projektowania komputerowego i systemów aktywnych. Osobiście uważam, że zwrotnice LR są wyrazistsze (tj. mniej naturalne) ze względu na ich bardziej strome nachylenie charakterystyki i duży spadek mocy poza osią. Z drugiej strony, istnieje również trend do stosowania prostych zwrotnic pierwszego rzędu, wykorzystujących pojedynczy kondensator i cewkę. Są one głośniejsze i bardziej dynamiczne w przypadku perkusyjnej muzyki elektronicznej, ale mniej dokładne w przypadku wokali. Głośniki są indukcyjnymi obciążeniami rezonansującymi, więc odpowiedź obwodów filtrów nie jest tak przewidywalna jak w przypadku obciążenia rezystancyjnego. W związku z tym, podczas wykreślania charakterystyki, odpowiedź zwrotnic należy zawsze mierzyć z podłączonymi, określonymi głośnikami. Należy również pamiętać, że odpowiedź akustyczna musi być dodana do odpowiedzi elektrycznej, aby uzyskać wymaganą ogólną elektroakustyczną charakterystykę przenoszenia. (Jeśli konstruktor głośnika mówi, że jego głośnik wykorzystuje zwrotnicę (powiedzmy) czwartego rzędu, ma na myśli rząd elektroakustyczny, rząd elektryczny układu będzie niższy). Kolejną rzeczą, o której należy pamiętać jest sposób, w jaki sumują się poszczególne części krzywej elektrycznej. W LS3/5A charakterystyka wyrównania średniotonowego piku dodaje się do charakterystyki filtru dolnoprzepustowego w taki sposób, że przesuwa jego efektywną częstotliwość graniczną w górę. Tak więc zamiast filtra dolnoprzepustowego z częstotliwością graniczną 3 kHz potrzebny jest filtr z częstotliwością 1,8 kHz. Co więcej, w koszmarze, jakim jest projektowanie zwrotnic, należy również wziąć pod uwagę trójwymiarową odpowiedź systemu poza osią głośników. Do tego dochodzi jeszcze względna faza pomiędzy wyjściami obu głośników. Czynniki te określają całkowitą energię akustyczną, jaką głośnik przekazuje do otoczenia. To sprawia, że projektowanie zwrotnic jest dla większości inżynierów zagadnieniem iteracyjnym i empirycznym, co skutkuje wieloma cyklami: wybierz topologię, oblicz, popraw układ, zmierz i posłuchaj. Wciąż mam duże płytki konstrukcyjne ułożone w stos cewek i kondensatorów z czasów, gdy zajmowałem się projektowaniem zwrotnic w ramach pracy zawodowej. Możliwe jest również wykonanie wielu symulacji za pomocą oprogramowania, które pozwala zbliżyć się konstruktorowi do celu. Firma KEF była pierwszą, która to czyniła, a jej artykuły na ten temat pod tytułem KEF Topics są warte przeczytania (patrz: http://bit.ly/pe-oct19-kefus). Po trzydziestce miałem dobry słuch i potrafiłem dobrać dobrą zwrotnicę „ze słuchu”. Teraz już nie –  zawsze należy uważać na facetów po 50-tce, którzy projektują rzeczy „na ucho”! Zmierzyłem wiele krzywych, które są lustrzanym odbiciem ich braków w słuchu. Mam parę pierwszych głośników „zaprojektowanych komputerowo”, KEF 104aB z 1979 roku. Litera „aB” oznacza „akustycznego Butterwortha”, czyli charakterystykę elektroakustyczną, która jest maksymalnie płaska o nachyleniu 18 dB/oktawę przy 3,5 kHz. Nadal brzmią niesamowicie niczym LS3/5A, ale „z basem”, ponieważ są duże. Poza osią charakterstyka nie jest płaska, ponieważ następuje utrata energii w zakresie od 500 Hz do 3,5 kHz. Aby brzmiały jak najlepiej, muszą znajdować się w martwym, niemal bezechowym pomieszczeniu, skierowane w stronę słuchacza. 

Aby przeczytać ten artykuł kup e-wydanie
Kup teraz
Tematyka materiału: MINI MONITORY HI-FI, PRAWO MOORE’A, LS3/5A, ROGERS, MAXIM, BUTTERWORTH, COPYDEX, AQUASEAL NO.5, MDF, REZONANS HELMHOLTZA, DUDLEY HARWOOD, BAXANDALL, PLASTIFLEX, GOODMANS, DITTON 10, KEF T27, CELESTION, PROACS, SPENDORS, HARBETH HL-P3, B110A, BBC, KEF, NEUTRIX AUDIOGRAPH, JIM ROGERS JR149, ACOUSTIC RESEARCH AR7, MERIDIAN M2, AUDAX, CELESTION G12, PLASTIFLEX P1200, BOSTIK 4141, FALCON, SPENDOR, ATC
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich lipiec 2022
Udostępnij
Oceń najnowsze wydanie EdW
Wypełnij ankietę i odbierz prezent
Kursy kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino Audio Automatyka
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc
Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż
Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki
Pomiary i testy Projektowanie Raspberry Pi
Retro
Komunikacja, RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory
Silniki i serwo
Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wzmacniacze
Zasilanie
W tym numerze znajdziesz źródłową wersję artykułu publikowanego obok
Elektronika dla Wszystkich
lipiec 2022
Elektronika dla Wszystkich
Przejrzyj i kup
UK Logo
Elektronika dla Wszystkich
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS
najnowsze e-wydanie magazynu "Elektronika dla Wszystkich"