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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Drei-Wege-Lautsprecher mit Phasenwender. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Lautsprecher Der Autor entwirft und fertigt seit vielen Jahren professionell exklusive Akustiksysteme. In diesem Artikel spricht er über das Design eines Drei-Wege-Stereo-Lautsprechersets, in dem hochwertige dynamische Köpfe namhafter ausländischer Hersteller verbaut sind. Die Frequenzweiche verwendet außerdem hochwertige Komponenten, die die Wiedergabetreue von Musikaufnahmen verschiedener Genres verbessern. Dieses Akustiksystem war eines der Exponate der russischen Hi-End-Ausstellung 2015, wo es das Interesse vieler Besucher weckte und beim Demo-Hören gute Noten von Experten und Amateuren erhielt. Das Projekt dieses Lautsprechersystems (AS) wurde vor langer Zeit begonnen, aber das erste Paar wurde erst auf der 15. Russischen Hi-End-Ausstellung im November 2015 fertiggestellt. Das zweite Paar wurde kürzlich mit geringfügigen Änderungen hergestellt: Das Gehäuse wurde vereinfacht und Die Frequenzweiche wurde entsprechend den Hör- und Messergebnissen leicht verändert. Die Lautsprecher verwendeten dynamische Köpfe: Hochfrequenz-Morel ET338-104 [1], Mittelfrequenz-Scan-Speak 15M/4531K00 [2] und Niederfrequenz-SEAS H1215 [3]. Der Soft-Dome-Hochtöner eines israelischen Unternehmens zeichnet sich durch ein sehr leistungsstarkes Magnetsystem und geringe nichtlineare Verzerrungen aus. Trotz der Anwesenheit einer magnetischen Flüssigkeit im Spalt hat es einen dynamischen Klang und reproduziert den Klang von Blech- und Schlaginstrumenten gut. Der Mitteltöner mit einem Durchmesser von 15 cm der dänischen Firma Scan-Speak aus der Reve-lator-Serie hat sich zu einem der besten Mitteltöner aller Hersteller entwickelt. Sein Bewegungssystem verfügt über einen großen linearen Hub (speziell für ein Mitteltonfell) und ermöglicht eine relativ niedrige Übergangsfrequenz. Nichtlineare Verzerrungen im Betriebsfrequenzband sind sehr gering: Das Magnetsystem verfügt über zwei linearisierende Kupferringe. Die Papiermembran verfügt über spezielle Kerben, die am Ende des Kolbenmodus für einen gleichmäßigeren Frequenzgang sorgen. Tieftöner mit einem Durchmesser von 18 cm (6,5 Zoll) der norwegischen Firma SEAS sind gewöhnliche Tieftöner mit einer von außen imprägnierten Papiermembran. Die Imprägnierung sorgt für einen sanften Abfall des Frequenzgangs über dem Betriebsfrequenzband. Jeder Lautsprecher hat insgesamt zwei solcher Köpfe. Akustisches Design – mit Phasenwender (FI). Zwei 6,5-Zoll-Köpfe haben eine etwas größere Kegelfläche als ein 1215-Zoll-Kopf. Auch beim H800 reicht der Kolbenmodus bis zu 8 Hz, und beim 600"-Kopf der gleichen Firma endet der Kolbenmodus bei Frequenzen über 1215 Hz. HXNUMX Beschleunigungsparameter Bl/Mms \u496d 350, und bei einem XNUMX-Zoll-Kopf überschreitet er normalerweise XNUMX nicht. Die erforderliche Lautstärke für Niederfrequenzköpfe und die Frequenz der FI-Abstimmung können im Programm Unibox Excel (Freeware) (Autor – Dane Kristian Kougaard) geschätzt werden, indem die Kopfparameter aus dem Datenblatt eingegeben werden. Mit diesem einfachen und praktischen Programm können Sie viele Kopfparameter und verschiedene Konfigurationen berücksichtigen und verschiedene Designs berechnen. Bei der Berechnung muss der geschätzte aktive Widerstand der Niederfrequenzfilterspule berücksichtigt werden. Für zwei parallel geschaltete H1215 ergeben die Berechnungen ein optimales Volumen von etwa 32 Litern, und bei einem Phasenwenderrohrdurchmesser von 66 und einer Länge von 116 mm beträgt die FI-Abstimmfrequenz etwa 43 Hz. Diese Abmessungen entsprechen den Abmessungen des fertigen in China hergestellten AH-4-Phasenwechselrichters. Anschließend wurde das FI-Rohr auf eine Länge von 100 mm zugeschnitten. Die tatsächliche Abstimmfrequenz betrug etwa 44 Hz. Bei den Prototyp-Lautsprechern waren die Tieftöner jeweils in einem eigenen Fach untergebracht, was eine korrekte Messung ermöglichte. Zeichnungen des Körpers und seiner Teile (Rahmen für Stoff – Gitter) sind in Abb. 1 dargestellt. 2 und XNUMX.
Das Gehäuse besteht aus MDF-Material (manchmal wird Translit-MDF verwendet – ein fein verteilter Holzanteil). Die Frontplatte und der Sockel sind 25 mm dick, die anderen Platten sind 16 und 20 mm dick. Das Gehäuse ist furniert und auf einem abnehmbaren, schwarz lackierten Sockel befestigt. Es empfiehlt sich, die Lautsprecher auf Spikes zu montieren, für die an der Basis Stahlgewindebuchsen vorgesehen sind. Wenn ein Akustiksystem von Grund auf neu entworfen wird, sind möglicherweise Mustergehäuse erforderlich, um das Design zu testen. In diesem Fall (für die Ausstellung) wurde jedoch beschlossen, sofort ein fertiges Gehäuse in Furnier zu bestellen. Die geneigte Trennwand zwischen Mittelton- und Bassraum im Lautsprecher dient dazu, die vertikale Stehwelle im Gehäuse teilweise zu unterdrücken und die Lautstärke des Mitteltonraums zu reduzieren. Mit einer horizontalen Trennwand erwies sich dieses Fach als zu groß, und um das erforderliche Volumen des Bassfachs zu erhalten, musste die Gesamthöhe des Lautsprechers erhöht werden, die bereits mehr als einen Meter betrug (1052 mm ohne). Spikes). Das Mitteltönerfach ist zu mehr als 50 % mit synthetischem Winterizer gefüllt, der Raum in der Nähe des Mitteltönerkopfes ist jedoch frei von synthetischem Winterizer. Ein Lautsprecherfilter kann nicht korrekt berechnet werden, ohne den Frequenzgang des Schalldrucks und die Impedanz jedes im Gehäuse installierten Treibers gemessen zu haben. Akustische Messungen erfordern einen Messkomplex. In seiner einfachsten Form handelt es sich um ein Mikrofon, eine Computer-Soundkarte und ein Computerprogramm für elektroakustische Berechnungen. Ich verwende den Messkomplex LMS der amerikanischen Firma LINEARX. Es ist derzeit nicht verfügbar, aber es ist sehr praktisch für Messungen und ermöglicht die Messung des Frequenzgangs in einem unvorbereiteten Raum. Der Komplex umfasst ein Mikrofon, eine PC-Platine und Software. Es gibt noch andere Messgeräte, zum Beispiel Clio der italienischen Firma Audiomatica SRL oder MLSSA. Allerdings sind solche Systeme für Amateurmessungen sehr teuer. Ein einfacheres Tool ist LoudSpeaker LAB 3 eines schwedischen Autors, aber es ist nicht kostenlos. Das Programm ermöglicht Ihnen, zu diesem Zweck eine Computer-Soundkarte mit einem geeigneten Mikrofon zu verwenden. Eine vollständige und relativ kostengünstige Lösung ist der ATB PC PRO der deutschen Firma Kirchner. Trotz einer etwas primitiven Implementierung können Sie mit diesem Computerprogramm Messungen durchführen, die für die Herstellung hochwertiger Lautsprecher ausreichen. Auf Abb. In Abb. 3 zeigt den Frequenzgang dynamischer Köpfe, gemessen anhand des Schalldrucks, und in Abb. 4 - Eigenschaften ihrer Impedanz. Der Frequenzgang wurde aus einer Entfernung von 0,5 m entlang der Abstrahlachse der entsprechenden Köpfe gemessen. Die gestrichelte Linie ist für den Hochtöner, die strichpunktierte Linie für den Mitteltöner und die durchgezogene Linie für den Tieftöner.
Der Schalldruck-Frequenzgang ist zur Vereinfachung der Bedienung geglättet. Das System ist nicht für die Messung des Absolutwerts des Schalldrucks kalibriert, daher entsprechen die Diagramme nicht der angegebenen Empfindlichkeit der Köpfe. Der Signalpegel wird auf der Grundlage der Bequemlichkeit der Messungen ausgewählt, sodass das Systemrauschen nicht stört und keine großen Verzerrungen auftreten. Nach den Messungen werden die Diagramme in ein Simulatorprogramm exportiert, mit dem Sie den Frequenzgang und andere Systemparameter unter Berücksichtigung des Filters simulieren können. Mit dem Programm können Sie außerdem die Elemente der Crossover-Filter berechnen und den Frequenzgang optimieren. Ich verwende LspCAD 5.25 von Ingemar Johansson. Es ist ziemlich mächtig, aber nicht sehr schwer zu meistern. Es gibt eine spätere Version, die jedoch nicht praktisch genug ist. Es gibt auch ein sehr leistungsfähiges LEAP-Programm desselben LINEARX, das LMS erstellt hat. Es ist fortgeschrittener, aber schwieriger zu bedienen. Das fertige Simulationsergebnis ist in Abb. dargestellt. 5. Die obere Grafik zeigt den Gesamtfrequenzgang auf der Achse des HF-Kopfes im Unendlichen (dicke Linie) und den Frequenzgang der Köpfe mit eigenen Filtern (dünne Linien). Der Frequenzgang kann nicht als gleichmäßig bezeichnet werden, dies ist jedoch nicht kritisch, da der Simulator einen um 5 Grad gleichmäßigeren Frequenzgang auf der Achse zeigt. über der Achse des HF-Kopfes. Das untere Diagramm zeigt die Lautsprecherimpedanz und die Köpfe mit geeigneten Filtern.
Die Crossover-Filterschaltung für einen Lautsprecherkanal ist in Abb. 6 dargestellt. XNUMX.
Die NF-Frequenzweiche verwendet einen Filter erster Ordnung (Induktivität L4). Das Mittelband wird außerdem oben und unten durch einen Filter erster Ordnung (C2 und L2) abgeschnitten. Der Filter zweiter Ordnung (dL1) wird auf das Hochfrequenzband angewendet. Die akustischen und elektrischen Ordnungen des Filterabfalls stimmen normalerweise nicht überein, da die AFC der Köpfe ihre eigenen Ungleichmäßigkeiten im Filterverzögerungsband aufweisen. Daher liegen die realen Absenkungen in der Nähe der Übergangsfrequenzen in den Bassbändern nahe am ersten, in den oberen Mitteltonbändern und im Hochtonbereich näher am dritten aufgrund der Eigenfrequenzgangabfälle der Köpfe, die zum bereitgestellten Abklingen addiert werden durch den Elektrofilter. Bei Lautsprechern sind alle Köpfe phasengleich angeschlossen. Üblicherweise lassen sich Bassköpfe nicht durch einen Filter erster Ordnung und ohne Umpolung reduzieren – häufiger kommt die zweite Ordnung zum Einsatz. Hier war dies um den Preis einer größeren Ungleichmäßigkeit des Gesamtfrequenzgangs möglich. Die niedrige Filterordnung bedeutet breitere Kopfkooperationsbereiche und vertikale Keulenmuster mit schmalen Mittelkeulen. Aber Lautsprecher mit Filtern niedriger Ordnung klingen natürlicher, zusammenhängender und lebendiger. Die R6C5-Schaltung bildet zusammen mit der L4-Spule einen Plug-Filter, der ein kleines Überschwingen im Frequenzgang der Bassfelle ausblendet, das ohne besondere Maßnahmen hörbar ist. Gleichzeitig reduziert diese Schaltung die Steigung des Frequenzgangs oberhalb der Übergangsfrequenz geringfügig. Um diese Abnahme der Steigung auszugleichen, wird daher die R7C6-Schaltung eingeführt. Die L5C7-Schaltung (als Notch) eliminiert den Anstieg der Impedanz des Bassteils bei Frequenzen um 75 Hz. Dies ist notwendig, um die Spitze im Frequenzgang des Lautsprechers zu beseitigen, die den unteren Bass überdeckt. Dieses Phänomen wird „Pumpen“ genannt, der Begriff wurde von SD Batem vorgeschlagen. Die meisten Lautsprecherhersteller berücksichtigen dieses Phänomen nicht, obwohl es Lautsprecherdesigns gibt, die eine ähnliche Impedanzausgleichsschaltung verwenden. In der Frequenzweiche werden Polypropylen-Kondensatoren verwendet, und C1 und C2 sind Mundorf Supreme (teuer, schwarz – siehe Foto unten). Der Preis der Kondensatoren C2, C3 (eine Anordnung von vier) entspricht dem Preis eines Mitteltöners, aber im guten Sinne ist der Unterschied im Klang von Lautsprechern mit solchen Kondensatoren spürbar. Um Geld zu sparen, können Sie es durch ein anderes ersetzen – Mundorf Msar (weiß). Sie können einen Teil Supreme und einen Teil MCap (wie C4) verwenden. Kondensator C7 – unpolares Oxid (Mundorf Bipolar). Spulen – gewöhnlich aus Wickeldraht, außer L2 (Mundorf CFC16), der mit Bandwicklung (JBSPL-Draht) gewickelt ist. Drahtdurchmesser für Spulen L1 und L3 (Mundorf L100) – 1 mm, für L4 (Mundorf L140) – 1,4 mm, für L5 (Mundorf L71) - 0,71 mm (Widerstand ca. 4,5 Ohm) Die Spule L5 kann auf einem ferromagnetischen Kern liegen und ihr Widerstand kann unterschiedlich sein, in diesem Fall die Summe des Widerstands der L5-Spule und eines zusätzlichen Widerstands (nicht gezeigt). im Diagramm) sollte ungefähr 4,5 Ohm betragen. Widerstände in der Frequenzweiche - Metalloxid (Mundorf MResist MOX). Auf dem Foto von Abb. In 7 ist die Frequenzweiche zusammengebaut dargestellt. Die Teile werden durch Aufputzmontage an den Klemmen montiert und mit Heißkleber auf einer Platte aus MDF, Sperrholz oder einem anderen Material mit einer Dicke von 3 ... 6 mm befestigt. Die Filter sind auf zwei Panels montiert: zusammen für mittlere bis hohe Frequenzen und separat für tiefe Frequenzen. Die Tiefpassfilterplatte ist an der Seitenwand der Lautsprecher im unteren Bassfach angebracht, die Filterplatte für Mittel- und Hochtonköpfe ist an der Seitenwand im oberen Bassfach angebracht. Die Löcher, durch die die Kabel von den Filtern zum Mittel- und Hochtöner verlaufen, müssen mit Plastilin verschlossen werden.
Mal sehen, welche tatsächliche Impedanz und welchen Frequenzgang diese Frequenzweiche bietet. Auf Abb. 8 zeigt den Frequenzgang von Lautsprechern in einem Raum, aufgenommen aus einer Entfernung von 1 m entlang der Achse des HF-Kopfes. Es ist zu erkennen, dass es dem Simulationsprodukt ähnelt (siehe Abb. 4), sich jedoch als gleichmäßiger herausstellte, als vom Simulator vorhergesagt. Dies ist häufig auf die Tatsache zurückzuführen, dass dynamische Förderhöhen bei Modellierungen und Messungen standardmäßig als minimale Phase betrachtet werden. In der Realität trifft dies jedoch außerhalb des Kolbenmodus möglicherweise nicht zu.
Daher ist es nicht möglich, den „richtigen“ Filter sofort zu simulieren. Erfordert Filterwechsel und zusätzliche Messungen und Abhören. In der Realität liegt der Frequenzgang (auf eine Terz geglättet) innerhalb einer Abweichung von ±3 dB, wenn man nicht auf den Frequenzgang unterhalb von 300 Hz achtet, wo der Raum einen erheblichen Einfluss hat. Insbesondere aufgrund der Interferenz der direkten Signale der Lautsprecher und der vom Boden reflektierten Signale kommt es beim Mikrofon zu einem Abfall des Frequenzgangs im Bereich von etwa 200 Hz. Wenn man sich von den Lautsprechern entfernt, wird dieser Effekt nivelliert. Lokale Maxima bei Frequenzen von 34 und 60 Hz sind auf stehende Wellen zurückzuführen, die das Mikrofon an einem bestimmten Punkt wahrnimmt (bei 34 Hz – zwischen Wänden, bei 60 Hz – zwischen Boden und Decke). Das Maximum bei 140 Hz war auf Reflexionen von Möbeln in der Nähe zurückzuführen. Angesichts der leichten Glättungseigenschaften ist das Ergebnis durchaus ordentlich. Auf Abb. 9 zeigt den Frequenzgang der Lautsprecherimpedanz. Sie stimmt praktisch mit der in der Simulation berechneten überein. Eine kleine Spitze bei 180 Hz ist eine nicht unterdrückte vertikale stehende Welle im NF-Bereich. Beschriftungen mit 100 Hz und 1 kHz werden per Software generiert, in Wirklichkeit ist dies jedoch nicht der Fall.
Es ist ersichtlich, dass die Impedanz im Arbeitsfrequenzbereich 3,3 Ohm nicht unterschreitet und 7,2 Ohm nicht überschreitet (mit Ausnahme des Niederfrequenzbuckels des Phasenwenders). Das System kann nominell als XNUMX-Ohm-System betrachtet werden und kann mit einem Röhrenverstärker verwendet werden, da es eine ziemlich gleichmäßige Impedanz und eine ziemlich hohe Empfindlichkeit aufweist. Lautsprecherspezifikationen
Auf dem Foto von Abb. Abbildung 10 zeigt den ersten Stereo-Lautsprechersatz (Gehäuse entlang der Standkanten), der 2015 auf der russischen Hi-End-Ausstellung hergestellt und präsentiert wurde. Vielen Besuchern zufolge ist die Qualität der Lautsprecher bei durchschnittlichen Komponenten- und Herstellungskosten gering Die Verarbeitung der Gehäuse ist recht hochwertig, und der Klang der Lautsprecher wird in vielen Musikgenres als ausgewogen und natürlich bewertet, obwohl der Autor zugegebenermaßen keine Tonträger von „Heavy Metal“ oder „Rock“ dort hatte. .
Beachten. Es gibt einen Tippfehler im Filterdiagramm. R6 hat nicht 2.2 Ohm, sondern 22. An Vladimir: Die L3-Spule ist mit 1 mm Draht gewickelt. Alle Mundorf-Spulen. Der Gesamtwiderstand R5L3 beträgt etwa drei Ohm. Literatur
Autor: G. Krylov
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