Projekt zwrotnicy do zestawu głośnikowego w obudowie ZEUS

[KRASUL]

Szanowni Państwo.

Chciałbym dzisiaj Państwu przedstawić projekt zwrotnicy do zestawu głośnikowego w obudowie ZEUS. Taki zestaw można sobie wykonać tanim kosztem we własnym zakresie. Charakteryzuje się on wyrównaną charakterystyką poziomu ciśnienia akustycznego w funkcji częstotliwości, wyrównaną charakterystyką opóźnienia grupowego w funkcji częstotliwości oraz wyrównaną charakterystyką modułu impedancji w funkcji częstotliwości poza obszarem rezonansów głośnika niskotonowego w obudowie basrefleks, co jest szczególnie korzystne z punktu widzenia użytkowników wzmacniaczy lampowych. Zwrotnica ta stanowi modyfikację fabrycznego układu, który został uzupełniony o dwa obwody kompensacyjne Zobla celem wyrównania charakterystyki modułu impedancji w funkcji częstotliwości. Zastosowano także inne niż w oryginale głośniki niskotonowe.

Aby wykonać taki zestaw będziemy potrzebować następujących elementów:

1) Dwie obudowy od zestawu ZEUS wraz z przyłączami, gniazdami maskownic, maskownicami i rurami basrefleks, wykonane z płyty MDF o grubości 18 mm (można zamówić w Tonsilu).

2) Cztery głośniki GDN 30/80/2 w wykonaniu ośmioomowym.



3) Dwa głośniki GDWT 12-19/150 w wykonaniu ośmioomowym.



4) Watolina do wytłumienia.

5) Elementy zwrotnicy.







6) Nakrętki pazurkowe.



Obudowy można zamówić w taki sposób aby nie trzeba było ich przerabiać. W ostatnim czasie zmienił się wymiar produkowanych współcześnie nakrętek pazurkowych z fi 5,5 mm na fi 6,0 mm i można zlecić aby wszystkie otwory montażowe wykonano na CNC wiertłem fi 6,0 mm. Można też wybrać rodzaj okleiny. W tym konkretnym zestawie ścianka frontowa i tylna oklejona jest okleiną w kolorze "czarna morka" natomiast ścianki boczne oklejone są okleiną w kolorze "orzech".

Połączenia pomiędzy głośnikami a zwrotnicą realizujemy dwużyłowymi przewodami miedzianymi o następujących przekrojach:

- 2,5 mm^2 - tor niskotonowy

- 1,0 mm^2 - tor wysokotonowy

Połączenie pomiędzy zwrotnicą a przyłączem - 2,5 mm^2.

Wygląd zewnętrzny gotowego zestawu.



Wyniki pomiarów:

1) Charakterystyka poziomu ciśnienia akustycznego w funkcji częstotliwości (obydwa głośniki podłączone we fazie):



2) Charakterystyka poziomu ciśnienia akustycznego w funkcji częstotliwości (GDWT podłączony w przeciwfazie):



3) Charakterystyka modułu impedancji w funkcji częstotliwości:



Z poważaniem

Tomasz Łysek

[KRASUL]

W załączniku dokumentacja techniczna zwrotnicy zestawu głośnikowego w wersji oryginalnej:

ZGB_200-4-566_ZEUS.PDF

Wartość minimalna modułu impedancji w mojej wersji zwrotnicy to 3,8 oma przy 30 Hz i 150 Hz. To daje -5% odchylenia względem impedancji znamionowej, co mieści się w tolerancji. GDN-y pracują w tym zestawie praktycznie bez filtracji i tak ma być. Układy kompensacyjne Zobla złożone z elementów C1, R1 oraz C3, R2 prostują wypadkową charakterystykę modułu impedancji w funkcji częstotliwości, która w oryginalnej zwrotnicy tego zestawu głośnikowego posiada w otoczeniu częstotliwości podziału kilkudziesięcioomowy rezonans. Chodziło o to aby poprawić parametry elektryczne zestawu stosując możliwie niewielką liczbę dodatkowych elementów. W tej konfiguracji charakterystyka wypadkowa modułu impedancji poza obszarem rezonansów GDN-ów w obudowie basrefleks mieści się w obszarze od -5% (3,8 oma) do +45% (5,8 oma). Kąt fazowy w tym zakresie nie przekracza kilku stopni w plusie, dzięki czemu urządzenie może bezpiecznie współpracować ze wzmacniaczem lampowym z transformatorami na wyjściach stopni mocy. Ten wynik da się, co prawda, poprawić stosując zamiast obwodu Zobla przy GDN-ach odpowiednio dobraną pułapkę rezonansową, co jednak nie wydaje się celowe. Warto zauważyć, że zabieg konstrukcyjny z obwodami Zobla dało się zastosować tylko dlatego, że wypadkowa impedancja znamionowa dwóch połączonych równolege ośmioomowych GDN-ów to 4 omy a GDWT jest ośmioomowy. Zwracam na to uwagę ponieważ gdyby GDWT był np. czteroomowy to wówczas takie połączenie stanowiłoby typowy szkolny błąd. W sytuacji bowiem, w której GDN-y mają wypadkową impedancję znamionową wynoszącą 4 omy, pracują bez filtracji i współpracują z filtrowanym GDWT o impedancji znamionowej 4 omy to dołożenie obwodów kompensacyjnych Zobla spowodowałoby zejście modułu impedancji w obszarze przepustowym GDWT poniżej wartości czterech omów. W moim układzie taka sytuacja nie występuje ponieważ GDWT jest ośmioomowy a obwody kompensacyjne Zobla zostały dobrane w taki sposób aby moduł impedancji w obszarze przepustowym GDWT przyjmował wartości zbliżone do czterech omów (w praktyce około 4,3 oma).

[KRASUL]

Rozważając zatem trzy przypadki:

1) Zwrotnica jak w oryginale. GDN-y bez filtracji, GDWT podłączony przez żarówkę i filtr drugiego rzędu. Pierwsza góra rezonansowa ze szczytem na poziomie 11 omów przy 15 Hz, zjazd do minimum (3,8 oma) przy 30 Hz, druga góra rezonansowa ze szczytem na poziomie 13 omów przy 70 Hz, zjazd do minimum (3,8 oma) przy 150 Hz, dalej rezonans na poziomie kilkudziesięciu omów ze szczytem przy 3500 Hz i zjazd do około CZTERECH omów dla pasma przepustowego GDWT.

2) Oryginalna zwrotnica uzupełniona o obwód kompensacyjny Zobla dla GDWT. Pierwsza góra rezonansowa ze szczytem na poziomie 11 omów przy 15 Hz, zjazd do minimum (3,8 oma) przy 30 Hz, druga góra rezonansowa ze szczytem na poziomie 13 omów przy 70 Hz, zjazd do minimum (3,8 oma) przy 150 Hz, dalej rezonans na poziomie kilkudziesięciu omów ze szczytem przy 3500 Hz i zjazd do około OŚMIU omów dla pasma przepustowego GDWT.

3) Oryginalna zwrotnica uzupełniona o obwody kompensacyjne Zobla dla GDN-ów i GDWT (tak jak w projekcie z tego tematu). Pierwsza góra rezonansowa ze szczytem na poziomie 11 omów przy 15 Hz, zjazd do minimum (3,8 oma) przy 30 Hz, druga góra rezonansowa ze szczytem na poziomie 13 omów przy 70 Hz, zjazd do minimum (3,8 oma) przy 150 Hz, dalej powolny wzrost modułu impedancji ze szczytem przy 3500 Hz (5,8 oma) i zjazd do około CZTERECH omów dla pasma przepustowego GDWT.

[KRASUL]

Przerabiając obwód kompensacyjny Zobla przy GDN-ach na pułapkę rezonansową o małej dobroci możemy praktycznie wyzerować charakterystykę kąta fazowego w funkcji częstotliwości powyżej obszaru rezonansów GDN-ów. Dodatkowa cewka L2 będzie miała indukcyjność równą 0,068 mH, średnicę uzwojenia równą fi 1,0 mm oraz rezystancję szeregową równą 0,1 Ω. Wyniki symulacji obydwu wariantów wykonania zwrotnicy zamieszczam poniżej.

[KRASUL]

Jak już wcześniej wspominałem, nie polecam stosowania pułapki rezonansowej w tym układzie. Nie wydaje mi się to celowe. Z szeregu powodów. Po pierwsze same głośniki zmieniają swoje parametry w funkcji czasu i temperatury. Między innymi częstotliwości rezonansowe wszystkich głośników ulegają zmianie podczas pracy co znajduje swoje odzwierciedlenie na charakterystyce modułu impedancji w funkcji częstotliwości. Pułapka rezonansowa jest zestrojona "na sztywno" na jedną konkretną częstotliwość, która przy zastosowaniu oporników o nadmiarowo dobranym zapasie mocy, cewek powietrznych i kondensatorów foliowych polipropylenowych (MKP) praktycznie nie ulega zmianie bądź zmiany te są pomijalnie małe (na naszą korzyść działa też tutaj bardzo mała dobroć tej konkretnej pułapki). Pokazałem, że można tak zrobić jednak w praktyce gra nie jest warta świeczki. Rzeczywista charakterystyka wypadkowa modułu impedancji w funkcji częstotliwości ulegnie zmianie w taki sposób, że w jednym obszarze wartości modułu impedancji nieco się podwyższą a w drugim nieco się obniżą. Wyprostujemy przy okazji charakterystykę kąta fazowego (mówimy oczywiście o fazie elektrycznej sygnału) w funkcji częstotliwości. Ale czy zerowanie odkłonień wynoszących raptem kilka stopni jest warte dokładania kolejnych elementów do układu, który w założeniu ma być prosty i szybki w montażu? Zaproponowany układ ma tę zaletę, że kształt charakterystyki wypadkowej modułu impedancji w funkcji częstotliwości nawet podczas przeciążenia, kiedy żarówka jest rozżarzona i opór jej wolframowego włókna rośnie, zmienia się w bardzo niewielkim stopniu w przeciwieństwie do układu oryginalnego, w którym te zmiany podczas przeciążenia są bardzo wyraźne i duże. Jeśli już ktoś koniecznie chce zastosować pułapkę rezonansową to należy tam wykorzystać cewki powietrzne (0,068 mH to bardzo mała indukcyjność i przy średnicy uzwojenia fi 1,0 mm rezystancja szeregowa takiej cewki i tak będzie bardzo mała, rzędu 0,1 oma). Zastosowanie cewki rdzeniowej tylko pogorszy sytuację ponieważ jej rdzeń przy pełnej mocy będzie ulegał nasyceniu nie tylko powodując zniekształcenia przetwarzania tonów wysokich ale także uzależniając kształt charakterystyki modułu impedancji w funkcji częstotliwości od poziomu wysterowania (przy małych sygnałach będzie to działało rzeczywiście jak wersja z pułapką rezonansową ale przy dużych sygnałach działanie układu będzie zbliżone bardziej do obwodu kompensacyjnego Zobla). Różnica jest na tyle kosmetyczna, że nie warto zawracać sobie tym głowy. Drugi wariant zwrotnicy przedstawiłem bowiem wyłącznie w celach edukacyjnych.

[KRASUL]

Założeniem tego projektu było wyrównanie wypadkowych charakterystyk poziomu ciśnienia akustycznego w funkcji częstotliwości oraz modułu impedancji w funkcji częstotliwości oryginalnego "ZEUSA" przy jednoczesnym zachowaniu jego głównej zalety, jaką stanowi wysoka efektywność. Taka kombinacja parametrów jest szczególnie istotna z punktu widzenia użytkowników wzmacniaczy lampowych małej mocy i to właśnie z myślą o nich opublikowałem ten projekt.

[KRASUL]

Istnieje możliwość zakupu takiego zestawu głośnikowego za pośrednictwem portalu OLX:

https://www.olx.pl/d/oferta/fabryczn...9-IDPlA0S.html