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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Sag ein Wort über den armen Quietscher. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Lautsprecher Traditionell wird die Aufteilung des Mittel- und Hochtonbereichs (bzw. Mittelbass-Hochton) durch passive Frequenzweichen (Crossovers) hergestellt. Dies ist besonders praktisch, wenn Sie vorgefertigte Komponentensätze verwenden. Obwohl die Leistung der Frequenzweichen für dieses Kit optimiert ist, sind sie dieser Aufgabe nicht immer gewachsen. Eine Erhöhung der Schwingspuleninduktivität mit der Frequenz führt zu einer Erhöhung der Kopfimpedanz. Darüber hinaus beträgt diese Induktivität im „durchschnittlichen“ Mittelbass 0,3–0,5 mH, und bereits bei Frequenzen von 2–3 kHz verdoppelt sich die Impedanz fast. Daher werden bei der Berechnung passiver Frequenzweichen zwei Ansätze verwendet: Sie verwenden den tatsächlichen Wert der Impedanz bei der Übergangsfrequenz in die Berechnungen oder führen Impedanzstabilisierungsschaltungen (Zobel-Kompensatoren) ein. Darüber wurde bereits viel geschrieben, deshalb wiederholen wir uns nicht. Bei Hochtönern fehlen in der Regel Stabilisierungsketten. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass das Betriebsfrequenzband klein ist (zwei oder drei Oktaven) und die Induktivität unbedeutend ist (normalerweise weniger als 0,1 mH). Dadurch ist der Anstieg der Impedanz gering. Im Extremfall wird der Impedanzanstieg durch einen parallel zum Hochtöner geschalteten Widerstand von 5-10 Ohm ausgeglichen. Allerdings ist nicht alles so einfach, wie es auf den ersten Blick scheint, und selbst eine so bescheidene Induktivität führt zu merkwürdigen Konsequenzen. Das Problem liegt darin, dass die Hochtöner in Verbindung mit dem Hochpassfilter arbeiten. Unabhängig von der Reihenfolge verfügt er über eine in Reihe mit dem Hochtöner geschaltete Kapazität und bildet mit der Induktivität der Schwingspule einen Schwingkreis. Die Resonanzfrequenz der Schaltung liegt im Betriebsfrequenzband des Hochtöners, und im Frequenzgang erscheint ein „Buckel“, dessen Größe vom Gütefaktor dieser Schaltung abhängt. Dadurch ist eine Klangverfärbung unvermeidbar. In letzter Zeit sind viele Modelle hochempfindlicher Hochtöner (92 dB und höher) erschienen, deren Induktivität 0,25 mH erreicht. Daher ist die Frage der Abstimmung des Hochtöners mit einer passiven Frequenzweiche besonders akut. Für die Analyse wurde die Simulationsumgebung Micro-Cap 6.0 verwendet, die gleichen Ergebnisse können jedoch auch mit anderen Programmen (z. B. Electronic WorkBench) erzielt werden. Zur Veranschaulichung werden nur die charakteristischsten Fälle angeführt, die restlichen Empfehlungen werden am Ende des Artikels in Form von Schlussfolgerungen gegeben. Bei den Berechnungen wurde ein vereinfachtes Modell des Hochtöners verwendet, das nur seine Induktivität und seinen aktiven Widerstand berücksichtigte. Diese Vereinfachung ist durchaus akzeptabel, da die Resonanzimpedanzspitze der meisten modernen Hochtöner klein ist und die Frequenz der mechanischen Resonanz des bewegten Systems außerhalb des Betriebsfrequenzbands liegt. Wir berücksichtigen auch, dass der Frequenzgang für Schalldruck und der Frequenzgang für elektrische Spannung zwei große Unterschiede sind, wie es in Odessa heißt. Das Zusammenspiel des Hochtöners mit der Frequenzweiche macht sich besonders bei Filtern erster Ordnung bemerkbar, die typisch für preiswerte Modelle sind (Abbildung 1):
Es ist zu erkennen, dass bereits bei einer Induktivität von 0,1 mH eine ausgeprägte Spitze im Frequenzbereich von 7-10 kHz auftritt, die dem Klang eine charakteristische „kristalline“ Farbe verleiht. Eine Erhöhung der Induktivität verschiebt die Resonanzspitze zu niedrigeren Frequenzen und erhöht ihren Qualitätsfaktor, was zu einem spürbaren „Klick“ führt. Ein sinnvoll nutzbarer Nebeneffekt einer Erhöhung des Gütefaktors ist eine Erhöhung der Steilheit des Frequenzgangs. Im Bereich der Trennfrequenz liegt es nahe an Filtern 2. Ordnung, kehrt jedoch in großer Entfernung wieder zum ursprünglichen Wert 1. Ordnung (6 dB/Oktave) zurück. Durch die Einführung eines Shunt-Widerstands lässt sich der Buckel im Frequenzgang „zähmen“, sodass auch einige EQ-Funktionen der Frequenzweiche zugewiesen werden können. Wenn der Shunt auf Basis eines variablen Widerstands (oder eines Widerstandssatzes mit Schalter) erfolgt, ist sogar eine betriebliche Anpassung des Frequenzgangs innerhalb von 6-10 dB möglich. (Bild 2):
Allerdings bieten Filter erster Ordnung außerhalb des Betriebsbandes eine zu geringe Dämpfung, sodass sie nur für niedrige Eingangsleistungen oder eine ausreichend hohe Übergangsfrequenz (7-10 kHz) geeignet sind. Daher werden in den meisten ernsthaften Designs Filter höherer Ordnung verwendet, von der zweiten bis zur vierten. Betrachten Sie die Möglichkeit der Beeinflussung des Frequenzgangs für Filter zweiter Ordnung als die häufigsten. Der Übersichtlichkeit halber wird ein Modell mit großer Induktivität verwendet. Mit herkömmlichen Hochtönern werden die gleichen Ergebnisse erzielt, nur die Filterparameter und der Grad der Auswirkung auf den Frequenzgang sind unterschiedlich. Bei Hochtönern mit geringer Induktivität ist kein Shunt erforderlich. Die erste Möglichkeit besteht darin, den Gütefaktor des Filters bei konstanter Übergangsfrequenz aufgrund des Verhältnisses von Kapazität und Induktivität des Filters zu ändern (Abbildung 3):
Es ist schwierig, Kapazität und Induktivität in der Frequenzweiche gleichzeitig zu ändern, daher ist diese Methode für eine schnelle Anpassung unpraktisch. Sie ist jedoch unverzichtbar, wenn der erforderliche Korrekturgrad bereits im Entwurfsstadium bekannt ist. Die zweite Möglichkeit besteht darin, den Qualitätsfaktor mithilfe eines Shunts anzupassen (ähnlich der zuvor diskutierten Methode für einen Filter erster Ordnung). In diesem Fall wird der anfängliche Gütefaktor des Crossover-Filters hoch gewählt (Abbildung 4):
Die dritte Möglichkeit besteht darin, einen Widerstand in Reihe mit dem Hochtöner einzubauen. Diese Methode eignet sich besonders für Hochtöner mit einer Induktivität über 100 mH. In diesem Fall ändert sich die Gesamtimpedanz der „Widerstand-Hochtöner“-Schaltung während der Regelung unwesentlich, sodass sich der Signalpegel praktisch nicht ändert (Abbildung 5):
Befund
Die vorgeschlagenen Methoden zur Frequenzgangsteuerung sind auch auf Filter höherer Ordnung anwendbar, da dort jedoch die Zahl der „Freiheitsgrade“ zunimmt, ist es in diesem Fall schwierig, konkrete Empfehlungen zu geben. Ein Beispiel für die Änderung des Frequenzgangs eines Filters dritter Ordnung aufgrund eines Shunt-Widerstands ist in Abbildung 6 dargestellt:
Es ist zu erkennen, dass der Frequenzgang eine andere Form annimmt, was sich deutlich auf die Klangfarbe des Klangs auswirkt. Übrigens hatten vor etwa 20 Jahren viele „Heim“-Drei-Vier-Wege-Lautsprecher einen umschaltbaren Frequenzgang „Normal/Kristall/Chirp“ („Smooth-Crystal-Chirping“). Dies wurde durch eine Änderung des Pegels der MF- und HF-Bänder erreicht. Geschaltete Dämpfungsglieder werden in vielen Frequenzweichen verwendet und können im Verhältnis zum Hochtöner als eine Kombination aus seriellen und parallelen Stabilisierungsschaltungen betrachtet werden. Ihr Einfluss auf den resultierenden Frequenzgang ist schwer vorherzusagen. In diesem Fall ist es bequemer, auf Modellierung zurückzugreifen.
Abbildung 7 zeigt das Diagramm und den Frequenzgang des vom Autor entwickelten Filters dritter Ordnung für die Hochtöner Prology RX-20s und EX-20s. Das Design verwendete Kondensatoren K73-17 (2,2 μF, 63 V) und selbstgebaute Induktivitäten. Um den Wirkwiderstand zu reduzieren, sind sie auf Ferritringe gewickelt. Kerntyp unbekannt: Außendurchmesser 15 mm, magnetische Permeabilität in der Größenordnung von 1000–2000. Daher wurde die Anpassung der Induktivität mit dem Gerät F-4320 durchgeführt. Jede Spule enthält 13 Windungen isolierten Drahtes mit einem Durchmesser von 1 mm. Die Klangqualität war viel höher als beim Original und die Regelung des Frequenzgangs entsprach voll und ganz der Aufgabe. Es ist jedoch zu beachten, dass sich der Filter als problematisch herausstellte: Die Eingangsimpedanz weist ein ausgeprägtes Minimum auf und der Verstärkerschutz kann auslösen. Autor: A.Shikhatov
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