Część 3 projektowanie zwrotnicy

1.Wstęp

Omówię sposoby projektowania zwrotnicy oraz możliwości programu w tym względzie. Nie będę pisał jakie rozwiązanie zwrotnicy jest dobre a jakie nie, bo jest to sprawa bardzo indywidualna..
Celem każdej zwrotnicy jest możliwie najlepszy podział częstotliwości. Zwrotnica jest elementem bardzo indywidualnym,gdyż do każdego zestawu głośników należy zaprojektować osobną zwrotnicę. Wystarczy wymienić w kolumnie np. głośnik wysokotonowy na inny model i juz zachodzi konieczność przerobienia zwrotnicy do nowych głośników.
Zwrotnica jest elementem,który łączy w sobie bardzo dużo kompromisów. Zależy nam na bezpiecznym podziale, aby głośniki średnio i wysokotonowe nie były obciążane zbyt dużą mocą, jednocześnie chcielibyśmy, aby podział był na możliwie niskiej częstotliwości, co wymusza zastosowanie filtrów wysokiego rzędu. Z drugiej strony najprostsze filtry 1 rzędu brzmią najlepiej, przy czym należy zastosować takie głośniki,które będą dobrze współpracować z takim filtrem.
Każdy konstruktor zestawu głośnikowego za cel stawia sobie uzyskanie możliwie najlepszej ch-ki częstotliwościowej,mieszczącej się w jak najmniejszym okienku dB. Przestrzegam przed zbytnią rozbudową filtrów i walką o każdego dB nierówności ch-ki. Takie podejście może nie doprowadzić do dobrych rezultatów. Pomimo idealnego wykresu, kolumny mogą tak nie brzmieć.
Program jest tylko narzędziem służącym do znalezienia optymalnego rozwiązania. Zwykle po zaprojektowaniu zwrotnicy i wykonaniu zwrotnicy dokonuje się na niej 3-4 poprawek. Czasem nawet po parotygodniowych odsłuchach zdarza mi się odpalić SW z pomiarami i przesymulowac nowe poprawki do zwrotnicy, aby później je nanieść i odsłuchiwać na nowo.
Aby zaprojektować dobrą zwrotnicę należy mieć sporą wiedze teoretyczną nt. filtrów, aby wiedzieć jak działają filtry i co daje zmiana wartości któregoś z elementów,mieć w pamięci dużo różnych rozwiązań filtrów,które warto podpatrywać w innych dobrych konstrukcjach (jest ich trochę w necie) oraz trochę wyobraźni . Dlatego jak ktoś sobie pomyślał,że uda mu się zrobić pomiary a zaprojektowanie zwrotnicy będzie polegało na bezmyślnym dokładaniu i mieszaniu w wartościach różnych elementów aż w końcu coś wyjedzie no to w zasadzie był w błędzie,chociaż jest to możliwe, co pokaże na poniższym przykładzie.

2.Zaczynamy

Aby zaprojektować naszą zwrotnicę potrzebujemy pomiary OnAxis oraz impedancji. Charakterystyka impedancji głośników jest potrzebny programowi do prawidłowego zasymulowania działania filtrów.
Pomiary Nearfield oraz parametry TS nie są potrzebne.
Tworzymy pliki filtrów: New->Network. Nazywamy je przykładowo GP (górnoprzepustowy), DP oraz Suma. Od razu radze umieścić je w osobnym folderze.
Otwieramy okno filtru i dodajemy głośnik.


Głośnik podłączamy do źródła. We właściwościach okna filtru zaznaczamy, aby program przeliczał też przebieg impedancji. Nie jest to konieczne, ale warto wiedzieć jak będzie się zmieniała impedancja kolumny np. projektując kolumnę pod wzmacniacz lampowy trzeba mieć przebieg impedancji bardzo na uwadze.
Następnie poleceniem Calculate Response każemy programowi obliczyć działanie naszej zwrotnicy. Na razie ch-ki niczym się nie różnią, bo nie daliśmy żadnych dodatkowych elementów.
Projektowanie najlepiej zacząć od kopułki. Najpierw oceniamy jaką wartość tłumika będziemy musieli zastosować. W tym celu porównujemy wykresy OnAxis kopułki i głośnika nisko-średniotonowego


Widać,że wartość tłumika powinna wynosić ok 6-7dB. W podobny sposób jak głośnik dodajemy tłumik: Insert->L-pad.


Po potwierdzeniu program sam doda elementy o odpowiednich wartościach. Znów każemy programowi przeliczyć charakterystykę.
Mając wyrównane efektywności głośników trzeba zdecydować się jakie filtry i jaką częstotliwość podziału chcemy zastosować. Przykładowo chcemy zastosować filtry 2 rzędu i częstotliwość podziału 3,5kHz.
Aby ułatwić robotę tworzymy wzorce, do których będziemy optymalizować charakterystyki głośników. Najpierw otwieramy plik z ch-ką częstotliwościową naszego filtru i oceniamy względny poziom efektywności. Na naszym przykładzie jest to ok 22dB.
Następnie z menu Network wybieramy Create goal.
W okienku wybieramy rodzaj filtru, stromość, częstotliwość i ustawiamy jego poziom na osi Y czyli 22dB


Następnie we właściwościach wykresu (w naszym przypadku w gp.Total Freq) dodajemy utworzony wzorzec (gp.Goal).


Teraz już wiemy do czego dążymy. Należałoby więc dodać w końcu filtr do naszego głośnika, wykonujemy to poleceniem Insert->Stock Crossover. W oknie wybieramy tak samo jak w przypadku wzorca. Klikamy OK a następnie przeliczamy na nowo ch-kę. Na wykresie widzimy jak zachowa się filtr:


Hmm jest nieźle, ale można by co nieco poprawić. Można to zrobić ręcznie zmieniając wartości elementów lub zlecić to automatowi, do czego służy menu Network->Optimize Network. W Target Response wybieramy nasz gp.Goal. W oknie poniżej odznaczamy elementy,których nie chcemy użyć w optymalizacji. Odznaczamy rezystory tłumika i potwierdzamy. Na schemacie program zmienił już wartości elementów. Przeliczamy ch-ke na nowo i efekt optymalizacji widzimy na wykresie:


Można wstępnie uznać,ze jest ok.
Tak samo postępujemy z głośnikiem nisko-średniotonowym:


Na razie powierzam wszystko automatowi .
Skoro już oba filtry mamy obliczone to należy połączyć to w całość. W oknach filtrów zaznaczamy obszar schematu tak, aby wszystkie elementy były zaznaczone i kopiujemy. W nieużywanym dotychczas oknie Suma usuwamy source i wklejamy schematy filtrów górno i dolnoprzepustowych:


Przeliczamy charakterystykę częstotliwościową i zaglądamy co wyszło...


Na pierwszy rzut oka wygląda nieźle. We właściwościach wykresu dodajemy osobne wykresy dla obu filtrów (u mnie suma.bas.freqency i suma.kopulka.freqency).


Widać jaki wpływ miał każdy z głośników na wynikową ch-ke.

To są symulacje, ale jak one się mają to rzeczywistych filtrów ? W zasadzie symulacje sprawdzają się w 100%. Symulator jest na tyle rozbudowany,że można w nim wpisać rzeczywiste wartości elementów np. rezystancję cewek. Ponadto symulacje są wykonywane na rzeczywistych ch-kach. Zawsze po symulacji można wykonać pomiary już z próbną zwrotnicą i skonfrontować z symulacją.
Na koniec można ch-ke nieco wygładzić :) (1/16 okt.)


Nawet nieźle. W przykładzie posługiwałem się automatem. Program sam dokładał elementy i obliczał ich wartości. Bardzo często nie da się w ten sposób zaprojektować dobrej zwrotnicy. Jednak nic nie stoi na przeszkodzie, aby zrobić wszystko ręcznie. Można budować nawet najbardziej wymyślne schematy, program poradzi sobie z nimi bez problemu.
Musze przyznać,że te głośniki były dosyć łatwe i przyjemne w aplikacji. Z innymi nie jest już tak łatwo np. arn 150 . Często występują spore problemy z fazą,których tu nie było szczególnie widać. Jak je zidentyfikować i rozwiązać, o tym następnym razem.