3. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. Jak uciąć 2.0?

Serce zwrotnicy 2.5

Mając w poprzednim wpisie zaprojektowaną gałąź poboczną zwrotnicy nazwaną 0.5 teraz przejdziemy do jej serca czyli części dwudrożnej. Nazwijmy ją 2.0. To ona podzieli całe pasmo odtwarzane przez zespół głośnikowy na dwie części. Jedna będzie kierowana do głośnika wysokotonowego druga do niskośredniotonowego.

Przypomnienie:

1. Podstawę projektu stanowi wykorzystanie głośników GDN 16/10 w układzie 2.5 drożnym.
2. Głośnik 16-centymetrowy pracuje poprawnie do około 5kHz. Skuteczne odfiltrowanie zwrotnicą trzeciego rzędu częstotliwości na tym lub wyższym poziomie wymaga podziału na zwrotnicy o oktawę niżej czyli na 2,5kHz.
3. Prawidłowe w świetle teorii odfiltrowanie głośnika GDN 16/10 wymusza zastosowanie odpowiednio dobrego głośnika wysokotonowego. Musi on poprawnie pracować poniżej 2,5kHz czyli poniżej częstotliwości jego "cięcia". Trzeba wybierać spośród przetworników, których częstotliwość rezonansowa jest równa lub mniejsza od 1250Hz.
   

Podział na zwrotnicy

Wykorzystując doświadczenia i wiadomości zdobyte w poprzednim wpisie możemy szybko odnaleźć poszukiwaną wartość podziału na poziomie 2650Hz. Jak widać na grafice niżej problem jest tylko z najmniejszym, najtańszym kondensatorem. Albo użyjemy 5,1uF albo "składak" z kondensatorów 4,7uF i 0,3uF połączonych równolegle.

Częstotliwość podziału 2650Hz

 Czy to dobry wybór?

Dążąc do jak najlepszego wykorzystania pasma poprawnej pracy głośników podział na wysokości 2650Hz wydaje się być dobrym wyborem. Pasmo głośnika GDN 16/10 w okolicach 5kHz i wyżej gdzie głośnik nie pracuje już poprawnie zostaje bardzo mocno odfiltrowane. To samo dotyczy głośnika wysokotonowego. Jego pasmo pracy poniżej 1250Hz również zostaje skutecznie stłumione. Do każdego głośnika trafia moc tylko w jego paśmie najlepszej pracy. Moc zostaje lepiej wykorzystana poprawiając dynamikę całego zespołu.

Minusy rozwiązania

1. Podstawowy problem to taki, że podział na częstotliwości 2650Hz wypada w zakresie największej czułości ludzkiego ucha. Wszelkie niedoskonałości będą bardziej "wpadały w ucho". To co można zrobić to przesunąć podział na np. 4kHz jak w projekcie tutaj, ale kosztem pojawienia się większych zniekształceń ze strony głośnika niskośredniotonowego. Co lepsze? Bez dokładnych pomiarów trudno odpowiedzieć.
   
2. Przy niskim podziale potrzebujemy dobrego głośnika wysokotonowego, a to kosztuje. Będzie to zapewne głośnik kopułkowy o dużej membranie rzędu 25mm lub większej. Im większa membrana tym lepsze przenoszenie niższych częstotliwości, ale niestety gorsze wyższych. Trzeba liczyć się z tym, że powyżej 15kHz wystąpią już odczuwalne zjawiska niepożądane. W pewnym wieku te częstotliwości przestają być słyszalne więc problem od biedy sam się rozwiązuje.
3. Już tylko wobec powyższego widać wyraźnie, że układ dwudrożny zbudowany nawet na bardzo dobrych przetwornikach nie jest w stanie pokryć całego słyszalnego pasma odcinkami poprawnej pracy głośników. Zawsze gdzieś "kołdra" będzie za krótka. W zamian otrzymujemy dużo tańszy, mniej skomplikowany, bardziej przewidywalny i mniejszy projekt od kolumn trójdrożnych.
4. Projektowanie i budowa zespołów głośnikowych to w pierwszym rzędzie sztuka kompromisu. Nie ma tu czegoś takiego jak najlepsze rozwiązanie. Zwolenników znajdują zarówno koncepcje oparte o jeden głośnik szerokopasmowy jak i układy wielodrożne przy tym zarówno silnie jak i słabo filtrowane. Pierwszy kompromis jaki trzeba zawrzeć to z własnym portfelem.
   

Powiązane:

1. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. 2 x GDN 16/10 i wysokotonowy
2. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. Jak uciąć 0,5?
3. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. Jak uciąć 2.0?

2. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. Jak uciąć 0.5?

Zaczynamy od 0.5

Przystępujemy do zaprojektowania zwrotnicy, której koncepcja została nakreślona w pierwszym wpisie zaczynając od wyboru częstotliwości podziału dla głośnika niskośredniotonowego GDN 16/10 pracującego jako 0.5. Dlaczego nazwa 0.5? Bo przetwornik przenosi tylko część pasma, które odtwarza inny głośnik. W tym przypadku głośnik niskośredniotonowy pracuje jako tylko niskotonowy. 

Założenia wstępne

1. Stosujemy filtry trzeciego rzędu w każdej gałęzi zwrotnicy głośnikowej. Dlaczego zwrotnica trzeciego rzędu zostało nakreślone w poprzednim wpisie w serii.
   
2. Każdy z głośników będzie posiadał własny odrębny filtr. Czyli nie tak jak w przypadku wcześniej przedstawionej zwrotnicy zestawu głośnikowego Mazurek 110 gdzie drugi głośnik niskośredniotonowy jest w kaskadzie poprzez cewkę "podpięty" pod filtr pierwszego głośnika niskośredniotonowego. Być może jest to wystarczające rozwiązanie, a stosowanie odrębnej filtracji dla każdego głośnika GDN 16/10 to przerost formy nad treścią - nikt nie usłyszy różnicy. Niewątpliwa zaletą rozwiązania jest możliwość użycia dwóch głośników GDN 16/10 o rezystancji 8 omów. Nabycie na portalach aukcyjnych dwóch głośników 15 omowych GDN 16/10 może być niewykonalne (po połączeniu równoległym w kaskadzie uzyskamy 7,5 oma (15/2)).
   
3. W amatorskich ograniczonych warunkach, zdając sobie sprawę z ułomności rozwiązania zwrotnicę projektujemy z wykorzystaniem internetowego kalkulatora i "łatania" obwodem Zobla. Bardziej zaawansowani amatorzy posiadający odpowiednie narzędzia i umiejętności mogą to zrobić lepiej.

Uwagi:

1. Wartości wyliczone innym kalkulatorem internetowym niż wskazany mogą nie być identyczne. Nie ma jednej powszechnie obowiązującej wersji wzorów.
2. Do obliczeń została przyjęta deklarowana przez producenta wartość impedancji głośnika na poziomie 8 omów. Jest to parametr mierzony zwykle przy częstotliwości 1000Hz, a jego dopuszczalne odchylenie może sięgać  do nawet +/- 25%. Dla pomiarów przy innych częstotliwościach wartość modułu impedancja może być inna - zmienia się zależnie od częstotliwości i w pewnych obszarach może wielokrotnie przekraczać wartość znamionową deklarowaną przez producenta. Już tylko ta jedna "ułomność" głośników sprawia, że poprawne zaprojektowanie zwrotnicy głośnikowej jest bardzo trudne, a w warunkach amatorskich praktycznie niemożliwe. Na szczęście zmysł słuchu wykazuje się bardzo dużymi zdolnościami adaptacyjnymi szczególnie w przypadku naszych własnych wyrobów rękodzielniczych.  
   

Filtr niskośredniotonowy 0.5

W przypadku toru niskośredniotonowego w zwrotnicy trzeciego rzędu napotkamy dwie cewki i jeden kondensator. Na wszystkich grafikach w dalszej treści interesujące nas elementy to cewki L2 i L3 oraz kondensator C3 czyli gałąź dolna na zamieszczonych schematach zwrotnic.  Z cewkami w handlu nie ma problemu można kupić praktycznie o dowolnej wartości. Drobne odchylenia są dopuszczalne. Gorzej z kondensatorami. W ich przypadku mamy do czynienia z typoszeregami związanymi z ich dopuszczalną tolerancją.

Czyli "krytyczną" dla nas wartością dopasowania elementów jest pojemność kondensatora. Albo dla ułatwienia sobie życia "nagniemy" filtr, albo będziemy "składać" kondensator z kilku elementów nadwyrężając portfel i rozmiar zwrotnicy. W zwrotnicach głośnikowych najczęściej stosuje się kondensatory o tolerancji 5% (typoszereg E24) lub "na bogato" 2% (typoszereg E48).

Uwagi:

1. Poniżej rozważania dla kondensatorów Jantzen Audio Cross-Cap (w kolorze czarnym) i ich aktualnych cen. Jest to najtańsza linia kondensatorów audio tego producenta. Dla wyrobów innych producentów być może istotne z punktu ekonomicznego będą inne wartości kondensatorów.
2. Ani nie polecam, ani nie zniechęcam do kondensatorów firmy Jantzen Audio. Używam ich "z przyzwyczajenia" od zawsze i nie mam porównania z innymi obecnie produkowanymi. Na co dzień korzystam z drugiej półki cenowej od dołu czyli tych w kolorze niebieskim Jantzen Audio Standard Z-Cap.
   
3. W omawianym filtrze kondensator umieszczony jest równolegle do głośnika czyli nie jest tak krytyczny dla toru audio jak kondensator umieszczany w szeregu z głośnikiem. Inaczej mówiąc jeśli na czymś oszczędzać to w tym przypadku w pierwszej kolejności na kondensatorze.
4. Sprawdzanie wartości elementów elektronicznych w kalkulatorze ze skokiem co 10Hz. Dla niższych wartości mogą wystąpić drobne różnice w indukcyjności cewek generalnie nie mające praktycznego znaczenia. 
   

Wersja toru na bogato

Z pierwszego wpisu wiemy, że membrana GDN 16/10 "dzieli się" najprawdopodobniej przy 1kHz. Aby odejść od tej wartości o oktawę w dół punktu podziału wypada szukać w okolicach częstotliwości 500Hz. Korzystając z internetowego kalkulatora poszukiwaną wartość odnajdziemy na zasadzie prób i błędów na poziomie 520Hz. Dla tej częstotliwości kondensator ma wartość  51.01uF czyli po zaokrągleniu do typoszeregu 51uF. Bingo. Współpracujące cewki to 3.67mH oraz 1.22mH. Schodzić na jeszcze niższe częstotliwości podziału nie widzę potrzeby, ... ale kto bogatemu zabroni.

Częstotliwość podziału 520Hz

Minusem rozwiązania są duże wartości elementów elektronicznych czyli ich wysokie koszty i spore wymiary.

Wersja rozsądna

Schodząc w typoszeregu na wartość kondensatora 39uF dużo na nim nie zaoszczędzimy, ale na cewkach o wartościach 2.81mH i 0.94mH już tak. Częstotliwość podziału wzrośnie do 680Hz.

Częstotliwość podziału 680Hz

Chcąc oszczędzić na wszystkim trzeba podnieść wartość podziału na 740Hz. Wtedy kondensator to 36uF i cewki 2,58mH oraz 0,86mH.

Częstotliwość podziału 740Hz

Wersja budżetowa

Częstotliwość 800Hz, kondensator 33uF i cewki 2.39mH oraz 0.8mH. Interesująca jest wartość cewki 2.39mH. W dobrej cenie można dorwać na portalach aukcyjnych stare zwrotnice od Altusów gdzie były stosowane cewki 2.4mH i wykorzystać je celem dalszego obniżenia kosztów.

Częstotliwość podziału 800Hz

Kolejny skok oszczędności dla kondensatora uzyskamy dla wartości 25uF, ale wtedy częstotliwość podziału wzrasta powyżej 1kHz na 1060Hz. Cewki to 1,8mH i 0,6mH. Wyżej z częstotliwością podziału bym nie szedł gdyż słyszalnym dźwiękiem głośnika "wjedziemy" w główny punkt podziału zwrotnicy. Zbyt mała odległość od siebie punktów filtracji.

Częstotliwość podziału 1060Hz

Wersja najbardziej ekonomiczna to kopia zwrotnicy na wzór Mazurków 110.  Użycie w kaskadzie wspomnianej cewki 2,4mH lub większej albo odrębny filtr składający się tylko z cewki, ale powiedzmy 4,5mH czy podobnej. Filtrujemy delikatnie 6dB/oktawę startując z pułapu poniżej 500Hz. Głośnik zostanie "przyciszony" o 18dB dopiero dla częstotliwości 4kHz (500 x 2 x 2 x 2).

Ostatni kierunek ku oszczędnością to użycie tańszych elementów elektronicznych czyli np. "zwykłych" kondensatorów zamiast specjalistycznych audio oraz cewek powietrznych nawiniętych cieńszym drutem lub jeszcze tańszych cewek rdzeniowych. W kolejnym wpisie pomówimy o głównej części zwrotnicy.

Powiązane:

1. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. 2 x GDN 16/10 i wysokotonowy
2. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. Jak uciąć 0,5?
3. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. Jak uciąć 2.0?

1. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. 2 x GDN 16/10 i wysokotonowy

Skąd pomysł?

Koncepcja "rozwojowa" projektu, którego opis rozpoczyna się tutaj. Być może kiedyś zostanie zrealizowana.

Co to dwie i pół drogi?

Klasyczne rozwiązanie polega na rozbudowie układu dwudrożnego o trzeci głośnik. Stosuje się dwa głośniki niskośredniotonowe i jeden wysokotonowy przy czym drugi głośnik niskośredniotonowy przenosi "skrócone" od góry pasmo przewidziane dla tego toru. Jak to wygląda w praktyce można zobaczyć np. na schemacie zwrotnicy kolumn Mazurek 110 produkcji Tonsil:

Mazurek 110 schemat zwrotnicy

Jak widać wyżej w torze niskim (góra grafiki) zastosowano dwa głośniki niskośredniotonowe GDN 12/35 przy czym drugi głośnik dodatkowo filtrowany jest cewką 2,3mH. Chyba można to określić terminem połączenia kaskadowego - "podwójnego sita". Sygnał podawany na pierwszy głośnik przechodzi tylko przez jedno "sito". Sygnał podawany na drugi głośnik przechodzi kolejno przez dwa "sita" będąc "podwójnie zwężanym" od góry. 

Dlaczego tak?

Jak głosi literatura tematu:

1. Zastosowanie dwóch głośników niskośredniotonowych daje nam wzrost sprawności rzędu 3dB dla połączenia równoległego. W tym przypadku chodzi o "wzmocnienie" tonów niskich.
   
2. Dla tonów średnich i wysokich nie zaleca się stosowania więcej niż jednego głośnika z uwagi na szereg niekorzystnych zjawisk akustycznych. Przetworniki będą sobie wzajemnie "przeszkadzały".
3. Z uwagi na punkt 2 z toru drugiego głośnika niskośredniotonowego "wycinamy" tony średnie. Tak "okrojony" głośnik niskośredniotonowy umieszczamy jako pierwszy od dołu. W praktyce pracuje on jako głośnik niskotonowy.
   
4. Głośniki w obudowie możemy rozmieścić w układzie wysokotonowy, niskośredniotonowy, niskośredniotonowy lub niskośredniotonowy, wysokotonowy, niskośredniotonowy. Dążąc do uzyskania punktowego źródła dźwięku za lepsze rozwiązanie uważa się przypadek drugi. Takie rozmieszczenie przetworników określa się terminem układ D'Appolito. Nazwa pochodzi od nazwiska twórcy koncepcji. Pomysł został upubliczniony w 1983 roku czyli z mojego punktu widzenia nie do końca można  uznać kolumny na nim oparte za audio vintage.
   
5. Zalecane jest aby w układzie D'Appolito głośniki umieścić w linii jak najbliżej siebie oczywiście z warunkiem zachowania sztywności obudowy. Najlepiej posłużyć się niewielkim głośnikiem wysokotonowym dedykowanym dla tego typu rozwiązań. Jako głośniki niskośredniotonowe autor zalecał stosować głośniki 13cm.
   

Co jeszcze warto wiedzieć?

1. W układzie D'Appolito dobrze sprawdzają się zwrotnice trzeciego rzędu.
2. Szesnastocentymetrowy GDN 16/10 poprawnie przenosi do około 5kH. Zastosowanie innej szesnastki nawet bardzo drogiej niewiele tu zmieni. Przy takim ograniczeniu wypada go "ciąć" oktawę poniżej 5kH czyli na poziomie 2,5kH (5/2). Dla zwrotnicy trzeciego rzędu o tłumieniu 18dB/oktawę "odległość" jednej oktawy można uznać za wystarczającą dla skutecznej filtracji. Dźwięki emitowane przez głośnik o częstotliwościach powyżej 5kH będą bardzo słabo słyszalne lub wcale.
   
3. Wyznaczony wyżej punkt podziału wynikający z mechanicznych ograniczeń głośnika GDN 16/10 wymusza zastosowanie dobrego głośnika wysokotonowego dające się "poprawnie ciąć" na poziomie 2,5kH (jego rezonans nie powinien być wyższy niż 1250Hz (2,5/2)). Niestety nie znajdziemy takiego przetwornika w ofercie firmy Tonsil. Producent oferuje głośniki kopułkowe o rekomednowanej częstotliwości podziału 4,8kH i żaden z nich nie jest "mały".
4. W przypadku głośnika szesnacentymetrowego niekorzystnego zjawiska "dzielenia membrany" można się spodziewać w okolicach 1kH czyli drugi głośnik niskośredniotonowy wypada "ciąć" poniżej tej wartości. I od tego zacznę kolejny wpis w serii.  
   

Powiązane:

1. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. 2 x GDN 16/10 i wysokotonowy
2. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. Jak uciąć 0,5?
3. Zwrotnica głośnikowa 2.5 drożna. Jak uciąć 2.0?

 

Jak dział zwrotnica głośnikowa? Prąd elektryczny i lanie wody

Prąd i woda

Czytając materiały na temat zwrotnic zwykle natrafimy na teksty pisane "technokratycznym" językiem "inżynier dla inżyniera". Termin goni termin, wzór pogania wzorem. Ich wyjaśnienia odwołują do kolejnych terminów i wzorów. Niby mądre, ale "nie idzie" tego zrozumieć bez ukończenia studiów na wydziale elektrycznym i pół litra nie pomaga. 

Jak to sobie można poukładać? Może szukając analogii pomiędzy zjawiskami hydrologicznymi i elektrycznymi.

Co to jest prąd elektryczny

Prąd elektryczny to uporządkowany strumień elektronów. Atomy składają się z protonów i neutronów tworzących jądro atomowe oraz krążących wokół jądra elektronów. Neutrony są obojętne elektrycznie. Umownie przyjmuje się, że protony mają dodatni ładunek elektryczny, a elektrony ujemny ładunek elektryczny. Sumarycznie na zewnątrz atom jest obojętny elektrycznie. Elektrony należą do cząstek elementarnych. Czym są i co robią owe cząstki współczesna nauka za dobrze nie wie. Na wyjaśnienie trzeba jeszcze poczekać.

Niektóre pierwiastki poruszające się wokół ich jąder elektrony trzymają bardziej mocno - izolatory, a inne słabiej - przewodniki np. metale. W bryle metalu najdalej położone od jąder atomowych elektrony przemieszczają się chaotycznie "skacząc" z atomu na atom. Nazywane są elektronami swobodnymi (dla uproszczenia znikome siły łączące je z jądrami atomowymi zostają pominięte, a elektrony traktowane są jako całkowicie swobodne). To ich obecności metale zawdzięczają swój charakterystyczny metaliczny połysk.

Zupa elektronowa

Szukając porównania z wodą możemy powiedzieć, że w bryle metala np. przewodzie mamy do czynienia z chaotyczną zupą elektronową. Elektrony przemieszczają się wewnątrz bez składu i ładu. Podobnie jest w jeziorze wypełnionym wodą. Cząsteczki wody będące złożeniem jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru odbijając się od siebie w sposób przypadkowy tworząc wodną zupę jeziora.

Zupa wodna

Co się stanie jeśli nasze jezioro pochylimy? Woda zacznie płynąć od miejsc wyżej położonych do miejsc niżej położonych. Ruch cząsteczek wody zostanie uporządkowany tak jak to ma miejsce w rzekach. Różnica poziomów spowoduje ruch wody. Podobnie dzieje się w przewodzie elektrycznym. Przykładając do jego końców napięcie elektryczne czyli różnicę potencjałów elektrony zaczynają płynąć w kierunku od wyższego potencjału (plus) do niższego (minus). Ruch elektronów zostaje uporządkowany i w takiej ukierunkowanej formie nazywany jest prądem elektrycznym. Istnieje teoria mówiąca, że elektrony płyną odwrotnie, ale do naszych rozważań nie wnosi to nic nowego, ważny jest sam ruch.

W naturze Słońce poprzez parowanie, wiatr i opady zapewnia obieg wody. Powrotny transport wody z miejsc niżej położonych do miejsc wyżej położonych. Utrzymywaniem różnicy potencjałów (napięcia) w domowym gniazdku elektrycznym zajmuje się Zakład Energetyczny - dostawca energii elektrycznej zapewniający obieg elektronów w lokalnej sieci elektroenergetycznej.

Powódź czyli spięcie

Jeżeli pozwolimy wodzie przemieścić się bez żadnego oporu z miejsca wyżej położonego do miejsca niżej położonego skutek może być opłakany np. zostaniemy zalani wodą lub wręcz zatopieni. Podobnie jest z elektronami. Płynąc bez przeszkód przez przewód doprowadzą do spięcia (zwarcia), a w gorszym przypadku do porażenia prądem elektrycznym czy nawet śmierci. Wkładając palce do gniazdka elektrycznego stajemy się właśnie takim "przewodem zwierającym".

Na ratunek

Jak można sobie z tym poradzić i jeszcze wykorzystać? W przypadku rzek ludzie nauczyli się budować zapory regulujące tempo przepływu wody. Zapory można wykorzystać na kilka sposobów: ochrona przeciwpowodziowa, zbiornik wody pitnej, produkcja energii elektrycznej (hydroelektrownia), miejsce sportu i rekreacji itp.

Podobnie rzecz się ma z uporządkowanym strumieniem elektronów czyli prądem elektrycznym. Stawiając na jego drodze np. system audio dochodzi do utrudnienia w jego przepływie (elementy elektroniczne) i wykorzystania w postaci pożądanej zamiany energii elektrycznej na energię akustyczną i niepożądanej zamiany energii elektrycznej na energię cieplną (grzanie urządzeń).

W zwrotnicach głośnikowych wykorzystuje się takie elementy "zaporowe"  jak: rezystory (oporniki), kondensatory i cewki. Głośniki również są elementami zaporowymi, w których dochodzi do zamiany energii elektrycznej na akustyczną i cieplną.

Elementami "ujarzmiającymi" przepływ prądu elektrycznego zajmiemy się w kolejnych częściach. Najpierw jednak kilka słów wprowadzenia do tematu zwrotnic głośnikowych.

Dodatek matematyczny

1. Ilość przepływających elektronów na sekundę mierzona jest w Amperach (A) - natężenie prądu elektrycznego.
2. Energia jaką niosą mierzona jest w Woltach (V) - napięcie elektryczne.
3. Mnożąc przez siebie obie wartości otrzymamy moc elektryczną mierzoną w Watach (W).

3. AKAI SW-155 odświeżenie zwrotnicy

Wymiana kondensatorów

Schemat zwrotnicy został przedstawiony w oddzielnym wpisie: "Kolumny Akai Sw-155 schemat zwrotnicy", a kolumny naszkicowane tutaj: "Kolumny AKAI SW-155. Piękno klasyki audio vintage i kabuki". Nie jestem zwolennikiem poprawiania fabryki i przerabiania zwrotnic na "lepsze". Poprawiajmy, ale w granicach rozsądku bliskich pierwotnemu brzmieniu.

Zwrotnica AKAI SW-155

Diagnoza:

• Po uruchomieniu. Niedosyt tonów wysokich. Pierwsza myśl spalone głośniki wysokotonowe. Po pokręceniu potencjometrami regulującymi tony średnie i wysokie okazało się, że w pierwszej kolejności to one są przyczyną. Zużyte ścieżki, przerwy w przewodzeniu.
• Po otwarciu. Zwrotnica zbudowana na kondensatorach elektrolitycznych. Po 50 latach elektrolit mógł wyschnąć, a parametry być dalekimi od pierwotnych. Nie było sensu nawet ich sprawdzać. 
  

Plan działania:

• Wymiana kondensatorów na współczesne audio. Uważam, że stare kondensatory bez względu na rodzaj zawsze warto wymienić na nowe. Nowe kondensatory to widoczne niżej duńskiej produkcji "Jantzen CROSS-CAP". Nie polecam żadnej firmy po prostu od tej firmy zacząłem i tak leci do dziś. Zwykle używam oczko lepszych, ale te akurat miały w szeregu wartości: 0,47μF oraz 16μF. Brakujący kondensator 2,8μF został złożony z 2,7μF oraz 0,1μF.
• Ominięcie potencjometrów regulujących tony średnie i wysokie. Po 50 latach działają tak sobie, a miejscami nie łączą wcale. Można je ratować gorszymi lub lepszymi preparatami typu "Kontakt", ale i tak nie będę z nich korzystał tym bardziej, że są umiejscowione mało wygodnie na tylnej ścianie kolumny. Postanowiłem je "ominąć". Czy ich parametry (minimalna rezystancja) były uwzględniane przy projektowaniu zwrotnicy? Myślę, że nie.
• Pozostawienie fabrycznych cewek rdzeniowych (nawiniętych drutem przyzwoitej grubości). Wymiana na cewki powietrzne o takiej samej rezystancji byłaby przerostem formy nad treścią. Kolumny nie będą służyły do napędzania dyskoteki.
  
• Pozostawienie starych wymienionych elementów w środku kolumny gdyby ktoś kiedyś chciał wrócić do oryginału.  
  

Kondensatory Jantzen CROSS-CAP

Powiązane:

1. Kolumny AKAI SW-155 schemat zwrotnicy
2. Kolumny AKAI SW-155. Piękno klasyki audio vintage i kabuki
3. AKAI SW-155 odświeżenie zwrotnicy
4. AKAI SW- 155 pomiar modułu impedancji

1. Kolumny AKAI SW-155 schemat zwrotnicy

Zwrotnica AKAI SW-155

Kolumny AKAI SW-155 to czterodrożna jednostka o czterech głośnikach i mocy 50W. Jak widać na schemacie niżej zwrotnica składa się z czterech filtrów. W gałęziach niskotonowej i średniotonowej o nachyleniu 6dB/oktawę. W torze wysokotonowym 12dB/oktawę. Głośnik średniotonowy, podobnie jak to miało miejsce w Altusach Tonsila jest podłączony odwrotnie. Dodatkowo tony średnie i wysokie można regulować potencjometrami umieszczonymi na tylnej ściance kolumn.

Schemat zwrotnicy kolumn AKAI SW-155

Akai SW-155 regulacja tonów średnich i wysokich

Użyte w zwrotnicy komponenty

Do zbudowania zwrotnic użyto rdzeniowych cewek i elektrolitycznych kondensatorów czyli elementów niższej jakości niż te, które stosował w tamtym okresie Tonsil w swoich produktach - cewki powietrzne, kondensatory foliowe. 

Wartości odczytane z podzespołów:

• tor niskotonowy - cewka 1mH,
• tor średniotonowy - kondensator 16µF na napięcie pracy 30V,
  
• tor wysokotonowy - kondensator 2,8µF na 30V i cewka 0,35mH,
  
• tor superwysokotonowy - tor wysokotonowy i kondensator 0,47µF na 30V.

Zwrotnica AKAI SW-155

Podział pasma 

Kolumny produkowane były w latach 1973-74. Podział pasma na 1200, 5000 i 15000Hz. W tamtym okresie technika pomiarowa nie była jeszcze rozwinięta. Używając internetowego kalkulatora można przypuścić, że elementy dobierano bardziej teoretycznie niż praktycznie.

Zwrotnica 6dB/ktawę podział na 1200Hz

Być może grafika wyżej wyjaśnia dlaczego w AKAI SW-155 dla 12 calowego (30cm) głośnika niskotonowego użyto tak małej cewki dla podziału na poziomie 1200Hz. Dla porównania Tonsil w najpopularniejszej serii kolumn Altus dla tej samej częstotliwości stosował 2,4mH.

Zwrotnica 12dB/oktawę podział na 5000Hz

W torze wysokotonowym również filtr rzeczywisty zgodny jest z teoretycznym. 

Zastosowane głośniki

Wszystkie marki Akai. Tu ciekawostką jest zastosowanie 6 omowego 25 watowego głośnika niskotonowego. Być może odpowiedz jest banalnie prosta: głośnik 6 omowy jest tańszy w produkcji niż 8 omowy, a przy tym gra głośniej. Impedancję kolumn producent oznaczył jako 8 omów. Wszystkie pozostałe głośniki są 8 omowe:

• niskotonowy - model Akai 30S-45A
  
• średniotonowy - 3 waty, model Akai 12M-45
• wysokotonowy tubowy - model Akai HT-45
• wysokotonowy stożkowy - model Akai CT-45A 
  

Głośnik niskotonowy AKAI 30S-45A

Parametry techniczne AKAI SW-155

Powiązane:

1. Kolumny AKAI SW-155 schemat zwrotnicy
2. Kolumny AKAI SW-155. Piękno klasyki audio vintage i kabuki
3. AKAI SW-155 odświeżenie zwrotnicy
4. AKAI SW- 155 pomiar modułu impedancji

Jak zaprojektować zwrotnicę głośnikową?

Poprzednie wpisy w temacie:
Zwrotnica dwudrożna 18db na oktawę. Tonsil ZG15C, GDN 16/10 i GDW 9/60
Czy zwrotnica uniwersalna to dobry wybór?
Jak zwrotnica głośnikowa dzieli pasmo akustyczne?

Jak zaprojektować zwrotnicę?

Co zrobić gdy nie ma się pojęcia o projektowaniu zwrotnic i nie dysponuje żadnym sprzętem pomiarowym? W internecie i literaturze można przeczytać, że bezpiecznym w takim przypadku rozwiązaniem będzie skorzystanie ze zwrotnicy trzeciego rzędu, która jest mniej wrażliwa na parametry głośników czyli przyjmując podział na 4kHz można się spodziewać, że rzeczywisty podział nie będzie zbyt odległy od zakładanego.

Z uwagi na konieczność użycia większej liczby elementów (6) niż w przypadku zwrotnicy drugiego (4) lub pierwszego rzędu (2) minusem rozwiązania są wyższe koszty. Zwrotnica trzeciego stopnia jest wrażliwa na parametry elementów. Nie należy ich zmieniać, a to oznacza, że o ile cewki indukcyjne można kupić o dowolnej wartości to w przypadku kondensatorów aby uzyskać pożądaną wartość może zaistnieć potrzeba ich łączenia co jeszcze bardziej zwiększy koszty i rozmiary zwrotnicy.

Głośnik GDN 16/10 wykazuje podbicie w okolicach 5kHz natomiast wg zaleceń producenta głośnika GDW 9/60  nie należy ciąć poniżej 3kHz co oznacza, że wybór częstotliwości podziału na poziomie 4kHz jest dobrym kompromisem. Jednocześnie obliczone kalkulatorem wartości kondensatorów są bliskie typoszeregu i można zastosować 3,3μF, 6,7μF oraz 10μF ograniczając koszty.

W przypadku kiedy potrzebujemy wyższej częstotliwości podziału dobrym wyborem będzie 4800Hz. Uzyskane wartości kondensatorów są bliskie:  2,7μF, 5,6μF oraz 8,2μF. Podział na 4800Hz jest zalecaną częstotliwością dla aktualnie produkowanych głośników kopułkowych Tonsila jak np. GDWK 10/80/19 czy GDWK 10/80/26. Tak wysoka częstotliwość podziału wskazuje, że są to głośniki przewidziane do stosowania w zespołach trójdrożnych i w dwudrożnych mogą wykazywać deficyty. 

Zwrotnica dwudrożna podział 4800Hz

Głośnik i stromość zbocza podziału

Do tej pory mówiliśmy o zwrotnicy 18db/oktawę czyli takiej, po zastosowaniu której głośnik w odległości jednej oktawy od pasma podziału przestaje być zauważalnie słyszalny. Dla porównania przeanalizujmy użycie zwrotnicy pierwszego stopnia o spadku 6db/oktawę. W jakich punktach widma dźwiękowego obie zwrotnice zrównają się ze sobą dla przyjętego podziału na 4000Hz? Prześledźmy:

• głośnik wysokotonowy zagra 6db ciszej na poziomie 2000Hz, 12db ciszej na poziomie 1000Hz i 18db ciszej dopiero na poziomie 500Hz
• głośnik niskotonowy zagra 6db ciszej na poziomie 8000Hz, 12db ciszej na poziomie 16000Hz i 18db ciszej dopiero na poziomie 32kHz
  

W praktyce żaden z wymienionych głośników nie ma tak szerokiego pasma pracy w tym pasma pracy poprawnej.

Częstotliwość rezonansowa głośnika wysokotonowego GDW 9/60 deklarowana przez producenta to 1500Hz. Zgodnie ze sztuką konstruktorską rozpowszechnianą w wielu źródłach częstotliwość podziału dla głośnika wysokotonowego nie powinna być niższa niż oktawa powyżej częstotliwości rezonansowej przy założeniu, że jest to filtr minimum drugiego stopnia 12db/oktawę. Rzeczywiście dla tego głośnika producent zaleca wartość podziału nie niższą niż 3kHz. Stosując filtr pierwszego stopnia 6db/oktawę minimalną wartością będzie 6kHz. W przypadku filtracji pierwszym stopniem producent zwykle stosował kondensator 2,2μF.

Głośnik GDN 16/10 nie jest już produkowany, a jego parametry znane są jedynie z internetowych "opowieści", które mówią, że pracuje on poprawnie do okolic 5kHz gdzie pojawia się podbicie, a dalej szybki spadek sprawności. "Cięcie" na poziomie 2,5kHz nie jest możliwe z uwagi na parametry zastosowanego głośnika wysokotonowego. Z kolei na poziomie 8000Hz raczej nie będzie już pracował z powodu własnych ograniczeń mechanicznych.

Na tym prostym przykładzie zwrotnicy dwudrożnej widać dobrze jak wielkim ograniczeniom poddawani są producenci nawet najlepszych zestawów głośnikowych. Podsumowując z punktu widzenia ekonomiki można użyć lepszych głośników (droższych) i mniej skomplikowanej zwrotnicy (tańszej) lub odwrotnie natomiast po tanich głośnikach i taniej zwrotnicy nie należy się spodziewać dobrego dźwięku.

Wniosek jaki płynie dla konstruktora to zachowanie rozsądnej proporcji pomiędzy kosztami użytych głośników, elementów zwrotnicy i obudowy. Pozwoli to uzyskać najlepszy dźwięk przy najmniejszych kosztach. Czy powinno to być po 1/3? Nie wiem, ale prawdopodobnie w tej okolicy.

 

Jak zwrotnica głośnikowa dzieli pasmo akustyczne?

Poprzednie wpisy w temacie:
Zwrotnica dwudrożna 18db na oktawę. Tonsil ZG15C, GDN 16/10 i GDW 9/60
Czy zwrotnica uniwersalna to dobry wybór?

Jak zwrotnica dzieli pasmo?

Oczywiście zwrotnica nie dzieli pasma akustycznego "jak nożem". W przypadku omawianej zwrotnicy 18db/oktawę i podziału na 4000Hz należy to rozumieć w ten sposób:

• głośnik wysokotonowy będzie grał na poziomie 2000Hz (oktawę niżej) o 18 decybeli ciszej
• głośnik niskotonowy będzie grał na poziomie 8000Hz (oktawę wyżej) o 18 decybeli ciszej

Oktawa niżej oznacza dźwięk o połowę niższy (4000/2=2000), a oktawa wyżej oznacza dźwięk dwa razy wyższy (4000*2=8000). Poziom natężenia dźwięku mierzony jest w decybelach. Jest to skala logarytmiczna gdzie dwa razy większe natężenie oznacza wzrost o 3 decybele. W odniesieniu do wzmacniacza mocy musi on dostarczyć do kolumn dwa razy większą moc aby uzyskać wzrost natężenia dźwięku o 3 decybele. Uzyskanie wzrostu o 10 decybeli wymaga już 10 razy większej mocy.

Wzmacniacze vintage miały małą moc stąd starano się produkować zestawy głośnikowe o jak największej sprawności zwykle przekraczającej 90 decybeli. Dziś moc wzmacniaczy przestała być krytycznym ograniczeniem stąd producenci najczęściej oferują kolumny o sprawności poniżej 90db. Stosują w nich małe głośniki niskotonowe charakteryzujące się gorszą sprawnością. W ten sposób mogą zredukować wymiary kolumn. Finalnie spada cena zestawu dla konsumenta.

Kolejne wpisy w temacie:
Jak zaprojektować zwrotnicę głośnikową?

Czy zwrotnica uniwersalna to dobry wybór?

Poprzedni wpis w temacie:
Zwrotnica dwudrożna 18db na oktawę. Tonsil ZG15C, GDN 16/10 i GDW 9/60

Zwrotnica uniwersalna

W internecie można napotkać wiele negatywnych opinii na temat projektowania zwrotnic przy pomocy internetowych kalkulatorów czy budowania kolumn głośnikowych z użyciem dostępnych w handlu "zwrotnic uniwersalnych". Zapewne jest w tym sporo racji i nie należy tego robić bez zgłębienia podstaw elektroakustyki. 

W przypadku zwrotnicy co najmniej należy dobrać pasmo podziału do charakterystyk użytych głośników. Każdy głośnik pracuje dobrze tylko w pewnym zakresie częstotliwości i tak należy dobierać głośniki aby obszary "dobrej pracy" zachodziły na siebie. W miejscu "zachodzenia" dokonujemy "cięcia" zwrotnicą. Przez obszar "dobrej pracy" głośnika należy rozumieć zakres względnie  płaskiej charakterystyki częstotliwościowej. Można go odczytać z wykresu o ile jest rzetelny i udostępniony przez producenta. Z reguły głośniki pracują gorzej na krańcach przenoszonego pasma.

Charakterystyka częstotliwościowa głośnika Tonsil GDW 9/60

Jak widać wyżej na przykładzie głośnika Tonsil GDW 9/60 początek wykresu nie wygląda dobrze. Odchylenia sięgają 10db. Obszar względniej płaskiej charakterystyki (z lekkim spadkiem) rozciąga się od dwóch i pół do siedmiu kHz. Dalej charakterystyka przechodzi znów w poszarpaną. Zalecana przez producenta częstotliwość podziału nie powinna być niższa niż 3kHz. Częstotliwość rezonansowa deklarowana przez producenta to 1500Hz.

Powyższy wykres przedstawia najpopularniejszy rodzaj pomiaru stosowany przez producentów czyli wykonany w osi głośnika. Niektórzy producenci prezentują na jednym wykresie dodatkowo charakterystyki poza osią. Wtedy można zobaczyć jak dramatycznie słabe charakterystyki kątowe mają głośniki wysokotonowe w tym nawet te bardzo drogie.

Charakterystyki kątowe: 0, 30 i 60 stopni

Oczywiście nie ma żadnej gwarancji, że "zwrotnica uniwersalna" dobrana jak wyżej, ale bez kompleksowej znajomości parametrów pracy głośników oraz zmierzenia wpływu obudowy i elementów zwrotnicy na działanie całego zespołu głośnikowego  poprawnie spełni stawiane przed nią zadania. W najgorszym przypadku może dojść do uszkodzenia wzmacniacza z powodu spadku impedancji kolumn poniżej wartości krytycznej dla wzmacniacza.

Wniosek dla konstruktora amatora: jeżeli charakterystyki częstotliwościowe posiadanych głośników wskazują na podział na 4kHz to zakup "zwrotnicy uniwersalnej" dzielącej pasmo na poziomie 3kHz nie będzie dobrym wyborem. W przypadku nieznajomości przebiegu charakterystyk lub braku informacji od producenta o zalecanych częstotliwościach podziału traci sens dobieranie zwrotnicy do głośników. Trzeba poszukać lepiej opisanych przetworników.

 

Kolejne wpisy w temacie:

Jak zwrotnica głośnikowa dzieli pasmo akustyczne?

Zwrotnica dwudrożna 18db na oktawę. Tonsil ZG15C, GDN 16/10 i GDW 9/60

Zwrotnica z kalkulatora

W książce Tomasza Łyska "Wprowadzenie do projektowania układów zwrotnic zestawów głośnikowych poradnik praktyczny" wydanie 2020 na stronie 113 znajduje się schemat ideowy dwudrożnego monitora studyjnego zbudowanego z wykorzystaniem obudowy od kolumn marki Tonsil ZG-15C oraz ośmioomowych głośników Tonsila GDN 16/10 i GDW 9/60.

Zaprojektowana przez autora zwrotnica dwudrożna trzeciego stopnia czyli o nachyleniu 18db na oktawę oprócz filtrów górno i dolnoprzepustowego zawiera obwody kompensacyjne Zobla oraz dzielnik oporowy wyrównujący efektywność głośnika wysokotonowego. Częstotliwość podziału zwrotnicy została ustalona na 4000Hz.      

Przez przypadek podstawiając dane do internetowego kalkulatora zwrotnic odkryłem, że zaproponowane przez autora filtry zgodne są z teoretycznymi wyliczeniami internetowego kalkulatora czyli prawdopodobnie nie są wynikiem specjalistycznych pomiarów. Złożenie dwóch lub większej liczby filtrów określa się terminem "zwrotnicy głośnikowej".

Zwrotnica dwudrożna trzeciego stopnia 18db/oktawę

W poszukiwaniu zwrotnicy dla GDN 16/10

Publikacja zainteresowała mnie między innymi z powodu wykorzystania głośnika GDN 16/10 w projekcie zwrotnicy. Jest to polski produkt marki Tonsil z początku lat siedemdziesiątych. Kosz odlewany z aluminium, zawieszenie z gumy butylowej, a materiał pokaźnego magnesu to stop alnico. 

Mimo upływu 50 lat niewielki szesnastocentymetrowy głośnik nadal przyjemnie brzmi miękkim i ciepłym basem. Produkowany był w wersji 8 i 15 omów, a magnes był skręcany 3 lub 4 śrubami. Inspirująca dyskusja na Elektrodzie: Najtańsze i najlepsze retro - Tonsil GDN 16/10 i GDW 6.5.

Tonsil GDN 16/10 wersje skręcane 4 lub 3 śrubami

Kolejne wpisy w temacie:
Czy zwrotnica uniwersalna to dobry wybór?