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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Koaxialer Kopf im Center-Kanal-Lautsprecher. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Audio Der Autor schlägt vor, die Vorteile eines koaxialen dynamischen Kopfes im Centerlautsprecher eines Heimkinolautsprechers zu nutzen. Kenner des guten Klangs, die bereits über einen hochwertigen Stereo-Standlautsprecher verfügen, werden mit den „One-Box-Cinema“-Lautsprechern sicherlich nicht zufrieden sein, und der Kauf eines vollwertigen 5.1-Akustik-Sets kann nicht nur einen schaffen finanzielles Problem, aber auch Vermittlungsschwierigkeiten. Es ist davon auszugehen, dass es unter den Lesern des Magazins nur wenige Menschen gibt, die einen Raum dem Musikhören und einen anderen einem Heimkino (DC) zuordnen können. Wenn Sie beide Geräte im selben Raum aufstellen, wird selbst ein geräumiges Wohnzimmer unweigerlich zu einer Art überfülltem Lager mit Audio- und Videogeräten. Teilweise beseitigen lässt sich die Schwere dieser Probleme durch eine Kombination von Systemen, dh das Hinzufügen eines vorhandenen Stereo-Lautsprechers zu einem 5.1-Set. Die schwierigste Aufgabe ist in diesem Fall die Auswahl des Centerlautsprechers. Im Gegensatz zu den hinteren Lautsprechern, die ein preiswerter Regallautsprecher und ein Subwoofer sein können, ist die Auswahl an einzelnen Center-Kanal-Lautsprechern begrenzt. Der Ausweg in einer solchen Situation kann darin bestehen, es unabhängig herzustellen. Leider gibt es nur sehr wenige Veröffentlichungen über die unabhängige Herstellung eines Lautsprechers für den Center-Kanal eines Freizeitzentrums; einer davon ist der Artikel [1]. Bei dem dort beschriebenen Design kommen dynamische Köpfe von SEAS zum Einsatz. Das norwegische Unternehmen SEAS ist auf die Herstellung von dynamischen Köpfen der Mittel- und Oberklasse spezialisiert. Sein umfangreiches Sortiment wird durch die Kombination verschiedener Gehäuse, Diffusoren, Aufhängungen und Magnetsysteme gebildet. Daher haben die Felle solcher Hersteller mit formal unterschiedlichen Parametern oft einen ähnlichen ("proprietären") Klang. Nach dem Lesen dieses Artikels bestand der Wunsch, die darin beschriebene Konstruktion zu wiederholen. Bevor mit der Herstellung des Center-Kanal-Lautsprechers begonnen wurde, wurden die Spezifikationen der Köpfe sorgfältig studiert, Berechnungen durchgeführt und als Ergebnis der Analyse entschieden, ein völlig anderes Design zu entwickeln, wenn auch unter Verwendung von Produkten aus dem gleichen SEAS. Das Folgende ist eine Beschreibung eines solchen "alternativen" Mittelkanallautsprechers. Vielleicht ist der Artikel auch für diejenigen Leser der Zeitschrift nützlich, die sich entschieden haben, AS A. Demyanov zu wiederholen. Bei der Analyse und Entwicklung ließ sich der Autor von den folgenden Anforderungen leiten, die als hinreichende Bedingungen zur Lösung des Problems bezeichnet werden könnten: - Sound entsprechend dem Niveau von Hi-Fi;
Die Weigerung, einen Lautsprecher aus Artikel [1] zugunsten einer alternativen Option herzustellen, hat folgende Gründe. Die in der Lautsprecherspezifikation angegebene untere Grenzfrequenz (65 Hz, -3 dB) erscheint zu optimistisch. Die Berechnung ergibt eine deutlich höhere Grenzfrequenz, und bei der vom Autor angegebenen Frequenz von 65 Hz überschreitet der Frequenzgangabfall 6 dB. Bei der Berechnung wurden die folgenden Säulenparameter verwendet: Nutzvolumen – 10 l, Einstellung des Phaseninverters – 63 Hz (Innendurchmesser des Anschlusses des Phaseninverters – 5,4 cm, Länge – 12 cm). Die Parameter des H149-Kopfes wurden der Herstellerseite entnommen [2]. Bezüglich Qualität/Preis scheint das beschriebene Design nicht optimal zu sein. Die Verwendung von vier identischen LF-MF-Köpfen erhöht nicht nur die maximale Rendite bei den niedrigsten Frequenzen, sondern auch den Preis - beim Kauf bei russischen SEAS-Händlern kostet ein Satz Köpfe mehr als 7000 Rubel. Das Fehlen einer magnetischen Abschirmung in diesem Lautsprecher schließt seine Verwendung in Verbindung mit einem CRT-Fernseher aus. Der Lautsprecher weist einen hohen Fertigungsaufwand auf. Zu den Nachteilen gehört auch ein schmales Strahlungsmuster in der horizontalen Ebene.
Auf letzteres muss man vielleicht näher eingehen. Das Design, bei dem sich der Hochtöner zwischen den MF- (oder LF-MF-) Köpfen befindet, ist zum De-facto-Standard für Centerlautsprecher geworden und wird in den meisten dieser Produkte verwendet. Infolgedessen wurden akustische Parameter für das Design geopfert; Bei dieser Bauform ist das Abstrahlverhalten der Lautsprecher fast immer als unbefriedigend zu bezeichnen. Auf Abb. Als Beispiel zeigt Bild 1 den Frequenzgang eines typischen Karat CM7DC Centerlautsprechers der deutschen Firma CANTON [3] bei verschiedenen Abweichungswinkeln des Messmikrofons von der Lautsprecherachse. Bei Winkeln von +/-30° (blaue Kurve) erhält man statt einer fast flachen Anfangskennlinie auf der Abstrahlachse (rote Linie) ab einer Frequenz von 500 Hz einen gezackten Frequenzgang mit periodischen Spitzen und Einbrüchen. Dies ist das Ergebnis der Interferenz von Schallwellen, die von zwei NF-MF-Köpfen ausgesandt werden. Die in [1] beschriebene Spalte ist keine Ausnahme. Auf seiner Frontplatte befinden sich die Köpfe in einer Linie, was vielleicht vom Standpunkt der technischen Ästhetik gerechtfertigt ist, aber zu einer übermäßigen Verschärfung des Strahlungsdiagramms in der horizontalen Ebene führt. Bei einer Abweichung von der Achse von nur 22° ist der Schalldruck der beiden äußersten Köpfe bereits bei einer Frequenz von 1 kHz phasenverschoben. Bei einer Frequenz von 2 kHz passiert das Gleiche beim halben Winkel. So sorgt der Centerlautsprecher mit vier Mitteltönern nur für das gegenüber sitzende Publikum (Zuhörer) für die richtige tonale Balance.
Eine deutlich bessere räumliche Gleichmäßigkeit der Abstrahlung bieten Lautsprecher, bei denen nur ein Kopf mit koaxialer Anordnung von Mittel- und Hochtonkegeln verwendet wird; Auch in einem realen Raum ist eine gute tonale Balance zu erwarten. Centerlautsprecher mit koaxialem Kopf sind in ihren Kino-Sets der mittleren und höchsten Preisklasse der englischen KEF und TANNOY – unter Audiophilen hoch angesehene Firmen – weit verbreitet. Es ist seit langem bekannt, dass der Einsatz eines Koaxialkopfes bei problematischen Frequenzen – im Bereich des gemeinsamen Betriebs von Mittel- und Hochton-Links – bestmögliche Richtcharakteristiken liefert. Auf Abb. Abbildung 2 zeigt den Frequenzgang des Lautsprechers Q9C von KEF [3], aufgenommen unter den gleichen Bedingungen wie für den oben erwähnten Karat CM7DC. Der Vorteil von Lautsprechern mit Q9C in Sachen Gleichmäßigkeit der Richtwirkung ist mehr als offensichtlich. Dies war das Hauptargument für die Entwicklung und Herstellung eines Centerlautsprechers auf Basis eines Koaxialkopfes. Leider ist es nicht möglich, KEF- und TANNOY-Köpfe in Russland zu kaufen. Von den dynamischen Köpfen, die dem russischen Funkamateur zur Verfügung stehen, produziert nach Kenntnis des Autors nur SEAS solche Produkte. Daher wurde der koaxiale magnetisch abgeschirmte Kopf P17RE / XTVF (H653-04) in der Annahme ausgewählt, dass er klanglich besser mit dem Frontlautsprecher des Autors kombiniert werden würde, wo der P17REX / P (H602) Köpfe mit identischer Membran und Aufhängung ist wurden als Mitteltöner verwendet. Es ist zu beachten, dass in dem ausgewählten Kopf zwei vollwertige Köpfe strukturell kombiniert werden, aber diese Konstruktion hat nichts mit billigen "koaxialen" Kopfblöcken zu tun, die in Car-Audio-Geräten weit verbreitet sind. Haupttechnische Parameter Nenn-/Mindestwiderstand, Ohm 4/3,5
Auf Abb. 3 zeigt das Aussehen des Lautsprechers. Der Körper hat eine einfache rechteckige Form. Die Kanten der Frontblende sind leicht abgerundet, was aber, wie natürlich alles andere rund um die äußere Verarbeitung des Gehäuses, Geschmackssache ist.
Das Frequenzgangdiagramm des Lautsprechers ist in Abb. 4 dargestellt. 5.5. Da die Messungen zu Hause durchgeführt wurden, konnte der Einfluss des Raumes nicht vermieden werden. Daher sollten die erhaltenen Eigenschaften nicht als absolut genau angesehen werden, aber sie reichen völlig aus, um das resultierende Ergebnis zu bewerten. Die Messungen erfolgten nach dem frequenzgleitenden Tonverfahren mit dem kostenlosen Programm RMAA 4 [8000] und dem Mikrofon ECM60 von BEHRINGER, das in einem Abstand von 30 cm von der Frontplattenoberfläche auf der Kopfachse und dann schräg installiert wurde von 0° dazu. Die schwarze Linie entspricht 30° und die rote Linie XNUMX°.
Die erzielten Ergebnisse demonstrieren deutlich die Vorteile eines Koaxialkopfes – der Frequenzgang, aufgenommen in einem Winkel von 30°, sieht noch besser aus, da er weniger Unebenheiten aufweist als der axiale. Dies gilt natürlich nicht für die höchsten (über 15 kHz) Frequenzen. Auf Abb. 5 zeigt ein Diagramm des Lautsprecherimpedanzmoduls. Daraus ist ersichtlich, dass die resultierende Abstimmfrequenz des Phaseninverters etwa 40 Hz beträgt.
Auf Abb. 6 zeigt ein Crossover-Filterdiagramm. Die Bandtrennfrequenz wird gleich 4,5 kHz gewählt, was auf die relativ hohe Frequenz der Eigenresonanz des HF-Kopfes (1,8 kHz) zurückzuführen ist. Aus den gleichen Gründen wurde ein Hochpassfilter dritter Ordnung angewendet. Um die Rückführung im Arbeitsband des Kopfes auszugleichen, wird ein Widerstand R1 in die HPF-Schaltung eingefügt. Der Kondensator C1 kompensiert den Abfall des Kopfrückstoßes bei den höchsten Frequenzen. Das Tiefpassfilter ermöglicht zusammen mit dem natürlichen Rückstoß des Tieftonkopfes bei Frequenzen oberhalb von 5 kHz eine Anpassung des Frequenzgangs der Köpfe im Übergangsfrequenzbereich ohne nennenswerte Unebenheiten.
Die Köpfe sind elektrisch mit entgegengesetzter Polarität verbunden. Das Crossover-Filter verwendet drahtgewickelte Widerstände C5-16 mit einer Leistung von 5 W. Kondensatoren - Film K73-16. Choke L1 ist rahmenlos und enthält 70 Windungen PETV-2-Draht mit einem Durchmesser von 1,12 mm. Der Innendurchmesser der Spule beträgt 31 mm. Höhe - 20 mm. Die Drossel L2 ist auf einen Rahmen mit einem Durchmesser von 32 mm und einer Höhe von 38 mm gewickelt (es wurde eine leere Spule zum Löten verwendet) und enthält 110 Windungen PETV-2-Draht mit einem Durchmesser von 1,32 mm. Im Austauschfall sollten vorzugsweise Kondensatoren der Serien K73, K78 (z. B. K73-17, K78-12 oder andere) verwendet werden. Natürlich eignen sich auch audiophile Bauteile für den Filter: Solenkondensatoren und ähnliches; Drosseln und Kabel aus sauerstofffreiem Kupfer. Von den objektiven Parametern des Lautsprechers ändert sich jedoch nur eines - der Preis. Auf Abb. 7 zeigt eine Zeichnung eines Lautsprechergehäuses. Es besteht aus 18 mm dickem Sperrholz, das durch Spanplatten oder Faserplatten (MDF) ersetzt werden kann. Um die Steifigkeit der Wände zu erhöhen und die Rückwand des Gehäuses bequem zu befestigen, wurden Holzklötze mit einem Querschnitt von 35 x 35 mm verwendet. Das effektive Innenvolumen des Koffers beträgt ca. 12 Liter.
Das Phasenwenderrohr (Typ TR-45) und die Klemmleiste werden gekauft. Das Loch für den Block ist in der Zeichnung des Gehäuses nicht gezeigt. Die Bassreflexöffnung ist an der Rückwand des Gehäuses platziert, sodass bei Wandmontage das akustische Design geschlossen wird. Die Parameter des Rohrs für die Eigenproduktion sind wie folgt: Länge - 140 mm, Innendurchmesser - 41 mm. Mit diesen Parametern liegt die Abstimmfrequenz des Phaseninverters nahe bei 40 Hz, und die berechnete Grenzfrequenz beim Pegel von –3 dB beträgt 50 Hz. Die Innenfläche des Kastens, mit Ausnahme der Vorder- und Rückwand, ist mit einer 5 mm dicken Schicht aus Polyethylenschaum bedeckt (in der Zeichnung nicht gezeigt). Das freie Innenvolumen ist mit Polsterpolyester gefüllt. Der Raum um das Phaseninverterrohr und zwischen dem Rohr und dem Kopf wird frei gelassen. Der Filter ist an der Rückwand des Gehäuses befestigt. Das vorgeschlagene Design hat einen geringen Herstellungsaufwand, der jedoch weiter reduziert werden kann, wenn als akustisches Design ein geschlossener Kasten gewählt wird. In diesem Fall steigt die untere Grenzfrequenz (bei -3 dB) auf 90 ... 100 Hz (der genaue Wert hängt von der Menge und Art des schallabsorbierenden Füllstoffs im Gehäuse ab), was noch akzeptabel ist für einen Centerlautsprecher. Sie haben vielleicht eine berechtigte Frage: Wenn die Vorteile von Koaxialköpfen so offensichtlich sind, warum haben sie dann herkömmliche Köpfe noch nicht ersetzt? Tatsache ist, dass Koaxialköpfe neben den offensichtlichen Vorteilen auch Nachteile haben. Bei einem koaxialen Design fungiert ein größerer Kegel als Horn für einen kleineren. Ein solches "Horn" ist jedoch alles andere als optimal: Schließlich ist seine Form in erster Linie darauf ausgelegt, einen möglichst ungleichmäßigen Frequenzgang bei mittleren Frequenzen zu erhalten. Das Problem der Optimierung der Form eines großen Diffusors zur gleichzeitigen Lösung beider Probleme ist bis heute nicht vollständig gelöst. Vergleichen wir den Frequenzgang des in diesem Artikel beschriebenen Lautsprechers mit dem Frequenzgang des in Abb. 9 ist ihre überraschende Ähnlichkeit im Frequenzbereich oberhalb von 2 kHz nicht zu übersehen. Die Frequenzen, bei denen die Spitzen und Einbrüche des Frequenzgangs beobachtet werden, sind bei beiden Lautsprechern praktisch gleich. Dies ist die Besonderheit des Verhaltens von Koaxialköpfen dieser Bauart bei hohen Frequenzen. In Situationen, in denen eine hohe räumliche Homogenität des Schallfeldes erforderlich ist, gibt es jedoch praktisch keine Alternative zu Koaxialtreibern, und der Centerlautsprecher ist genau so ein Fall. Das menschliche Ohr reagiert sehr empfindlich auf tonale Ungleichgewichte im mittleren Bereich, "verzeiht" jedoch leicht einen ungleichmäßigen Frequenzgang bei hohen Frequenzen. Der Lautsprecher verwendet eine Modifikation des Kopfes mit einem Widerstand der Schwingspule des Niederfrequenzsenders von 4 Ohm. Im Handel ist es unter dem Handelsnamen WP172SCOAX zu finden. Nachfolgend sind die Hauptparameter der Basssektion dieses Topteils aufgeführt. Technische Hauptmerkmale Hauptresonanzfrequenz, Hz ...40
Auch wenn der Lautsprecher recht basslastig ausgefallen ist, ist es beim Einsatz in Verbindung mit einem Heimkino-Receiver besser, das Spektrum des zugeführten Signals von unten auf eine von THX empfohlene Frequenz von 80 Hz zu begrenzen Standard. Dadurch wird das Auftreten von Intermodulationsverzerrungen durch Lautsprecherüberlastung bei niederfrequenten Signalen verhindert und die „Transparenz“ des Klangs bei mittleren Frequenzen erhöht. Und lassen Sie den Subwoofer die Basswiedergabe besser machen, in die der Receiver die "abgeschnittenen" tiefen Frequenzen schickt. Literatur:
Autor: D. Gorshenin, Moskau; Veröffentlichung: radioradar.net
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