Projektowanie zwrotnic 1.pdf

(458 KB) Pobierz
KURS
Projektowanie zwrotnic
głośnikowych , część 1
Drodzy Czytelnicy chciałbym
Wam przekazać wiedzę
dzięki, której łatwiej będzie
Wam projektować zwrotnice
głośnikowe, a dźwięk Waszych
zestawów głośnikowych będzie
lepszej jakości. Chciałbym, aby
ten artykuł był uzupełnieniem
kursu prowadzonego na łamach
EP przez Andrzeja Kisiela.
su 20…20000 Hz. Pasmo to jest
podzielone na kilka podzakresów
(także umownych), jak pokazano
w tab. 1 .
Do dyspozycji mamy różne ro-
dzaje głośników, które służą do
odtwarzania określonych zakresów
pasma audio. Jeżeli sygnał wyso-
kotonowy będziemy odtwarzali na
głośniku basowym to jakość i gło-
śność odtworzonych dźwięków bę-
dzie niska. Jednakże, gdy spróbu-
jemy odtwarzać średnie tony lub
basy na głośniku wysokotonowym
to najprawdopodobniej nieodwra-
calnie go uszkodzimy.
Podstawowym zadaniem zwrot-
nicy jest kierowanie sygnałów do
głośników przeznaczonych do ich
odtwarzania. Dodatkowo zwrotnica
może także tłumić szkodliwe rezo-
nanse głośników oraz wyrównywać
charakterystykę przetwarzania ze-
społu głośnikowego. Zwrotnica jest
filtrem kształtującym sygnał dostar-
czany do głośników.
Istnieje wiele podziałów zwrot-
nic. Zastanówmy się, gdzie w torze
audio może być ona umieszczona.
Na rys. 1a zwrotnica jest umiesz-
czona między wzmacniaczem i gło-
śnikami. Jest to zwrotnica pasywna
– do swego działania nie potrze-
buje zasilania. Jest to rozwiąza-
nie najczęściej spotykane. Zaletą
zwrotnic pasywnych jest zastoso-
wanie tylko jednego wzmacniacza
mocy oraz stosunkowo mały sto-
pień skomplikowania. Najprostszą
zwrotnicę można zbudować z wy-
korzystaniem tylko jednego kon-
densatora. Niestety ma ona wiele
wad. Moc wzmacniacza jest traco-
na w elementach filtru i tylko jej
część dostarczana jest do głośni-
ków. W związku z tym komponenty
takiego układu muszą być w stanie
wydzielić znaczną moc. Kolejną
jej wadą jest umiejscowienie fil-
tru w torze audio, które ogranicza
współczynnik tłumienia wzmacnia-
cza. Głośnik sterowany jest przez
wzmacniacz poprzez zwrotnicę,
więc wszystkie rezystancje i im-
pedancje występujące w tym po-
Nie ma jednego, idealnego spo-
sobu zaprojektowania zespołu gło-
śnikowego. Wiele firm wypracowało
własne rozwiązania i promuje swo-
je technologie. Zastosowano w nich
różne projekty i założenia doty-
czące zwrotnic. Niektóre firmy od
lat stosują proste filtry pierwszego
rzędu, podczas gdy inne znacznie
bardziej rozbudowane układy fil-
trów. Nie będę twierdził, które roz-
wiązania są najlepsze, a o których
najlepiej zapomnieć. Nie ma uni-
wersalnego „sposobu” na zwrotnicę.
Celem tego artykułu jest opisanie
zarysu metod projektowania, tak
aby uwzględnić zjawiska elektrycz-
ne i akustyczne oraz ograniczenia
z nimi związane. Mam nadzieje, iż
informacje zawarte w tym artykule
pozwolą na uniknięcie wielu błę-
dów i rozwiązanie powstałych.
Na początku musimy sobie ja-
sno powiedzieć czym jest zwrot-
nica i jakie funkcje realizuje.
Umownie przyjmuje się, iż pasmo
audio to częstotliwości z zakre-
Rys. 1. Umiejscowienie zwrotnic w
torze audio
łączeniu pogarszają współczynnik
tłumienia rezonansów głośnika.
Zwrotnica pasywna obciążona jest
rzeczywistym głośnikiem, a nie jak
często się przyjmuje rezystorem.
Zmiana parametrów głośnika wpły-
wa na pracę całej zwrotnicy. Na-
wet między głośnikami z tej samej
serii występują różnice. Dlatego
idealnie zestrojony filtr dla jedne-
go z nich nie będzie idealny dla
wszystkich. Podczas pracy obciąże-
nie jakie stanowi głośnik cały czas
się zmienia. Zmiany te związane
są głównie z wychyleniem cewki
i jej temperaturą. Dodatkowo, duża
tolerancja elementów zwrotnicy nie
ułatwia jej strojenia. W efekcie po-
czątkowo idealnie zestrojona zwrot-
Tab. 1. Podział pasma akustycznego
na podpasma
Nazwa
Zakres częstotliwości
Najniższy bas
poniżej 32 Hz
Niski bas
20…40 Hz
Średni bas
40…80 Hz
Wyższy bas
80…160 Hz
Niższe średnie tony
160…320 Hz
Średnie tony
320…2560 Hz
Wyższe średnie tony
2560…5120 Hz
Wysokie tony
5120…10240 Hz
Najwyższe tony
10240…20000 Hz
Rys. 2. Model impedancji głośnika
Elektronika Praktyczna 2/2007
89
886705259.106.png 886705259.117.png 886705259.128.png 886705259.139.png 886705259.001.png 886705259.012.png 886705259.023.png 886705259.033.png 886705259.044.png 886705259.055.png 886705259.062.png 886705259.063.png 886705259.064.png 886705259.065.png 886705259.066.png 886705259.067.png 886705259.068.png 886705259.069.png 886705259.070.png 886705259.071.png 886705259.072.png 886705259.073.png 886705259.074.png 886705259.075.png 886705259.076.png 886705259.077.png 886705259.078.png 886705259.079.png 886705259.080.png 886705259.081.png 886705259.082.png 886705259.083.png 886705259.084.png 886705259.085.png 886705259.086.png 886705259.087.png 886705259.088.png 886705259.089.png 886705259.090.png 886705259.091.png 886705259.092.png 886705259.093.png 886705259.094.png 886705259.095.png 886705259.096.png 886705259.097.png 886705259.098.png 886705259.099.png 886705259.100.png 886705259.101.png 886705259.102.png 886705259.103.png 886705259.104.png 886705259.105.png 886705259.107.png 886705259.108.png 886705259.109.png 886705259.110.png 886705259.111.png 886705259.112.png 886705259.113.png 886705259.114.png 886705259.115.png 886705259.116.png 886705259.118.png 886705259.119.png 886705259.120.png 886705259.121.png 886705259.122.png 886705259.123.png 886705259.124.png 886705259.125.png 886705259.126.png 886705259.127.png 886705259.129.png 886705259.130.png 886705259.131.png 886705259.132.png 886705259.133.png 886705259.134.png 886705259.135.png 886705259.136.png 886705259.137.png
KURS
Tab. 2. Parametry głośnika 6618,
Acoustics TVM
Parametr
Wartość
Fs
33,83 Hz
Re
7,26 V
Qms
4,97
Qes
0,83
Qts
0,71
Le
777 m H
Vas
77 litrów
Mms
18,98 g
Cms
1166 m m/N
Bl
5,93
Rys. 3. Charakterystyka impedancji obliczonego modelu głośnika
wzmacniacza stanowi tylko impe-
dancja głośnika, która jest znacz-
nie łatwiejsza do wysterowania niż
skomplikowana impedancja zespołu
głośników. Poza tym wzmacniacz
przetwarza tylko część sygnału au-
dio. Powoduje to, iż zniekształce-
nia harmoniczne i intermodulacyjne
są mniejsze. Przesterowanie sekcji
basowej nie ma wpływu na inne
sekcje. Sygnał jest kształtowany
i dzielony na odpowiednie pasma
przed wzmacniaczem mocy. Kolej-
ną zaletą zwrotnic aktywnych jest
całkowite ich odizolowanie przez
wzmacniacz od wpływu impedan-
cji głośnika. Obciążenie zwrotnicy
aktywnej stanowi tylko impedancja
wejściowa wzmacniacza, która jest
znacznie bardziej przewidywalna
i liniowa niż impedancja głośników.
Zastosowanie filtrów aktywnych
daje projektantowi znacznie większe
możliwości przygotowania sygnału,
tak aby głośniki mogły go jeszcze
nica podczas pracy cały czas bę-
dzie zmieniała swe parametry.
Kolejną wadą jest skomplikowa-
ny charakter obciążenia jakie sta-
nowi zwrotnica wraz z zespołem
głośników dla wzmacniacza. Czę-
sto, aby zlinearyzować charaktery-
stykę impedancji zespołu głośniko-
wego stosuje się dodatkowe obwo-
dy korekcyjne.
Dodatkową wadą zwrotnic pa-
sywnych jest słaba ochrona gło-
śnika wysokotonowego przed znie-
kształconym sygnałem, który po-
wstaje po przesterowaniu wzmac-
niacza. Następuje wówczas skie-
rowanie sygnału o dużej mocy do
głośnika wysokotonowego. Może to
spowodować jego uszkodzenie.
Proste wzory pomocne przy
projektowaniu filtru opierają się na
założeniu, iż impedancja głośni-
ka jest czysto rezystancyjna, tzn.
głośnik zachowuje się jak rezystor
o wartości równej impedancji tego
głośnika. W rzeczywistości impe-
dancja głośnika jest daleka od im-
pedancji rezystora, dlatego stosuje
się dodatkowe obwody korygujące,
aby obciążenie zwrotnicy było jak
najbardziej rezystancyjne.
Zwrotnica najczęściej jest
umieszczona w obudowie głośni-
ka, przez co cały czas poddawana
jest drganiom. Kolejnym proble-
mem w czasie wykonywania takiej
zwrotnicy są cewki. Maksymalną
liniowość zapewniają cewki po-
wietrzne, jednak charakteryzują się
one dużym kosztem, gabarytami
i rezystancją. Cewki z rdzeniem fer-
rytowym lub żelaznym zmniejszają
ten problem kosztem liniowości.
Cewki zwrotnicy powinny cha-
rakteryzować się dużą liniowością
i małą rezystancją, dlatego powinny
to być cewki powietrzne nawinię-
te bardzo grubym drutem. Koszt
takich cewek jest niestety znaczny.
Kondensatory stosowane przy
budowie takich zwrotnic muszą
charakteryzować się bardzo dobry-
mi parametrami. Współpracujące
z nimi impedancje są małe, dlate-
go często wymaga się, aby były to
kondensatory o dość dużej pojem-
ności i małej zastępczej rezystancji
szeregowej. Powoduje to, iż takie
kondensatory są drogie.
Kolejny rodzaj zwrotnic przedsta-
wiony jest na rys. 1b. Są to zwrot-
nice aktywne – filtry budowane
z wykorzystaniem wzmacniaczy ope-
racyjnych. Ich zaletą jest wyelimino-
wanie dodatkowych elementów poza
przewodem głośnikowym pomiędzy
wzmacniaczem, a głośnikiem. Ta-
kie połączenie charakteryzuje się
mniejszą degradacją współczynnika
tłumienia wzmacniacza. Obciążenie
Rys. 4. Charakterystyka głośnika (z rys. 3) podawana przez producenta
90
Elektronika Praktyczna 2/2007
886705259.138.png 886705259.140.png 886705259.141.png 886705259.142.png 886705259.143.png 886705259.144.png 886705259.145.png 886705259.146.png 886705259.147.png 886705259.148.png 886705259.149.png 886705259.002.png 886705259.003.png 886705259.004.png 886705259.005.png 886705259.006.png 886705259.007.png 886705259.008.png 886705259.009.png 886705259.010.png 886705259.011.png 886705259.013.png 886705259.014.png 886705259.015.png 886705259.016.png 886705259.017.png 886705259.018.png 886705259.019.png 886705259.020.png 886705259.021.png 886705259.022.png 886705259.024.png 886705259.025.png 886705259.026.png 886705259.027.png 886705259.028.png 886705259.029.png 886705259.030.png 886705259.031.png
 
KURS
Wadą zwrotnic aktywnych
jest konieczność stosowania kilku
wzmacniaczy mocy. Filtry aktyw-
ne do swego działania potrzebują
także źródła zasilania, więc taki
układ zazwyczaj posiada wbudowa-
ny zasilacz. W związku z tym cały
zestaw audio często jest bardziej
kosztowny.
Zalety zwrotnic aktywnych
sprawiają, iż takie rozwiązanie
często jest stosowane w monito-
rach studyjnych, gdzie dąży się do
jak najdokładniejszej reprodukcji
dźwięku. W jednym z najlepszych
zespołów głośnikowych B&W Na-
utilius zastosowano to rozwiązanie,
stereofoniczny zestaw zasilany jest
z ośmiu wzmacniaczy mocy.
Trzeci rodzaj zwrotnic przed-
stawiony na rys. 1c to zwrotnice
cyfrowe. Tak samo jak filtry ak-
tywne jest on umieszczony przed
wzmacniaczem mocy. Zalety takie-
go rozwiązania są takie same jak
zwrotnic aktywnych. Dodatkową
zaletą filtrów cyfrowych jest ich
powtarzalność, łatwość szybkiego
reprogramowania i rekonfigurowa-
nia. Wydawać by się mogło, iż
nie są one popularne, jednak wraz
z rozwojem kina domowego zawę-
drowały do wielu domów. Filtry
te są wbudowane w wiele odtwa-
rzaczy DVD, procesorów dźwięku
i systemów surround. Różnie są
one nazywane przez producen-
tów, ale zazwyczaj pełnią podob-
ną funkcję – sygnał niskotonowy
przekierowują do subwoofera oraz
korygują charakterystykę sygnału
kierowanego do kanałów surround.
Ich cyfrowa implementacja spra-
wia, iż każdy filtr z danej serii bę-
dzie posiadał dokładnie taką cha-
Rys. 5. Charakterystyka napięcia Uab [dB]
dokładniej odtworzyć. Pozwala tak-
że na łatwiejsze dostrojenie cha-
rakterystyki zespołu głośnikowego
do pomieszczenia, w którym jest
on użytkowany, na przykład przez
umieszczenie odpowiednich regula-
torów sterujących zwrotnicą. Cała
moc wzmacniacza dostarczana jest
tylko do głośników, energia tracona
w zwrotnicy aktywnej jest bardzo
mała. Ma to znaczenie przy nagła-
śnianiu dużych imprez. Sekcja ba-
sowa posiada osobny wzmacniacz,
natomiast sekcja średnio–wysokoto-
nowa sterowana jest z innego de-
dykowanego do tego wzmacniacza
mocy. Pozwala to także na dobór
wzmacniaczy w zależności od wy-
magań, na przykład wzmacniacz
w klasie „D” steruje głośnikiem ba-
sowym, a wzmacniacz w klasie „A”
głośnikiem wysokotonowym. Jeżeli
głośniki różnią się w bardzo du-
żym stopniu skutecznością, to aby
wyrównać ich charakterystykę prze-
twarzania sygnał, którym są ste-
rowane dostarczany jest z różnym
wzmocnieniem, nie powoduje to
dodatkowych strat mocy. Dla po-
równania w zwrotnicach pasywnych
w takim przypadku skuteczność ze-
społu była zmniejszana do najniż-
szej skuteczności głośników, a pozo-
stała moc tracona na dodatkowych
elementach.
Bardzo dużą i często nie doce-
nianą cechą zwrotnic aktywnych
jest o wiele większy zapas mocy.
Załóżmy, że sterujemy 70 W gło-
śnikiem nisko–średniotonowym
i 10 W głośnikiem wysokotono-
wym, oba o impedancji 8 V. Aby
wydzielić taką moc sinusoidalną,
amplituda napięcia na zaciskach
głośnikowych musi być równa od-
powiednio 33,5 V oraz 12,5 V.
Aby uzyskać taką moc z zastoso-
waniem zwrotnicy pasywnej (przy
założeniu, iż sama zwrotnica pra-
cowałaby bezstratnie), musieliby-
śmy zastosować wzmacniacz, któ-
rego amplituda sygnału wynosiła-
by 46 V. Wzmacniacz taki miałby
moc ciągłą równą 130 W. W efek-
cie zastosowanie zwrotnicy aktyw-
nej powoduje lepsze odtwarzanie
transientów (krótkich impulsów
o dużej mocy), ponieważ wzmac-
niacze będą rzadziej i w mniejszym
stopniu przesterowane – wzmacnia-
cze o łącznej mocy 80 W zachowu-
ją się jak wzmacniacz co najmniej
130 W, w praktyce można przyjąć,
iż dopiero wzmacniacz o mocy
160 W – czyli dwukrotnie więk-
szej – będzie równie odporny na
przesterowanie. Dodatkowo efekt
przesterowania jednego ze wzmac-
niaczy będzie znacznie mniej sły-
szalny, gdyż będzie zniekształcona
tylko część pasma sygnału, a nie
całe jak przy zwrotnicach pasyw-
nych i jednym wzmacniaczu.
Rys. 6. Teoretyczna charakterystyka amplitudy dźwięku generowanego przez
głośnik
Elektronika Praktyczna 2/2007
91
886705259.032.png 886705259.034.png 886705259.035.png 886705259.036.png 886705259.037.png 886705259.038.png 886705259.039.png 886705259.040.png 886705259.041.png 886705259.042.png 886705259.043.png 886705259.045.png 886705259.046.png 886705259.047.png 886705259.048.png
KURS
( ) 2
L
=
C
B
l
(1)
CES
MS
M
C
=
MS
(2)
( ) 2
MES
B
l
( )
2
B
l
(3)
R
=
MES
R
MS
1
(4)
f
=
r
2
Π
L
C
MES
MES
R
Rys. 7. Charakterystyka producenta odpowiadająca symulacji z rys. 6
Q
MS =
MES
(5)
p
rakterystykę jak model wzorcowy.
Poprzez przeprogramowanie filtru
będzie można ją zmienić lub wy-
brać inną, bez fizycznej ingerencji
w układ. Dodatkową zaletą jest ła-
twość umieszczenia opóźnień w ka-
nałach odpowiednich głośników.
Ich wadą jest możliwość przetwa-
rzania tylko i wyłącznie sygnałów
cyfrowych. Jeżeli będziemy chcieli
je zastosować dla sygnałów analo-
gowych, wówczas w przetworniku
analogowo–cyfrowym musi nastąpić
konwersja sygnału do postaci cy-
frowej. Tak jak w przypadku filtrów
aktywnych konieczne jest stosowa-
nie wielu wzmacniaczy mocy oraz
dodatkowych przetworników cyfro-
wo–analogowych. Wraz z rozwojem
i udoskonalaniem technologii moż-
liwe będzie zastosowanie rozwiąza-
nia znanego z wzmacniacza „TacT
Millenium”, o którym można powie-
dzieć, iż jest przetwornikiem cyfro-
wo–analogowym z wyjściem mocy.
Dużą niedogodnością dla amatorów
jest duża cena układów DSP, któ-
re odpowiednio zaprogramowane
realizują funkcję zwrotnicy cyfro-
wej, a także trudności z ich progra-
mowaniem. Nawet dla firm profe-
sjonalnie zajmujących się obróbką
dźwięku zbudowanie optymalnie
działającej zwrotnicy cyfrowej jest
zadaniem trudnym i kosztownym.
Być może na polskim rynku poja-
wią się niedrogie moduły zwrotnic
cyfrowych wraz z dedykowanym
oprogramowaniem, dopiero wów-
czas większość projektantów będzie
mogła skorzystać z ich zalet.
Podsumowując, według mnie
najlepszym rozwiązaniem dla ama-
torów jest stosowanie niezbyt skom-
plikowanych zwrotnic pasywnych,
a do bardziej ambitnych projektów
zwrotnic aktywnych. W przyszłości
cena zwrotnic cyfrowych będzie
coraz niższa i dopiero wówczas
mają one szansę stać się alternaty-
wą dla zwrotnic aktywnych.
Zanim zaczniemy projektować
dobrej jakości zwrotnice musimy
zrozumieć, jak działa najczęściej
stosowany głośnik dynamiczny oraz
jakie ograniczenia wynikają z je-
go budowy. W torze audio jest on
elementem, który najbardziej znie-
kształca sygnał. Głośnik charaktery-
zuje się określonym pasmem, któ-
re jest w stanie odtwarzać z dużą
dokładnością. Projektując zwrotnicę
dąży się do możliwie dokładnego
odtwarzania sygnałów audio, jed-
nocześnie każdy z głośników po-
winien przetwarzać sygnały, które
jest w stanie najlepiej odtworzyć.
Zrozumienie ograniczeń i możliwo-
ści, każdego z głośników pozwala
na dokładniejsze sprecyzowanie jak
zwrotnica powinna przetwarzać do-
cierający do nich sygnał.
Zacznę od stosunkowo prostego
problemu jakim jest modelowanie
impedancji głośnika. W przyszłości
model ten będzie potrzebny, aby
móc symulować zachowanie róż-
nych typów zwrotnic pasywnych
obciążonych impedancją głośnika.
Z modelu tego wynika także, jak
zachowywałby się głośnik gdyby
był idealny. Jako przykład posłuży
głośnik firmy Acoustics TVM, mo-
del 6618, jest to niedrogi głośnik
niskotonowy z membraną celulozo-
wą.
Na rys. 2 pokazano model
impedancji głośnika. Korzystając
z wzorów znajdujących się w ram-
ce, możliwe jest obliczenie elemen-
tów modelu. Parametry Re oraz Le
zostały podane przez producenta.
Parametr Cms to podatność za-
wieszenia głośnika, opisuje on o ile
L
CES
(6)
p =
C
MES
(7)
X L
=2
Π
f
L
milimetrów przesunie się membra-
na głośnika, gdy podziałamy na
nią siłą 1 Newtona. We wzorze
(1) parametr podawany jest jako
m/N, czyli wartość z tabeli musimy
pomnożyć przez 10 –6 . Parametr Bl
jest to współczynnik siły magne-
tycznej w szczelinie.
Obliczamy: Lces=1166*10 –6
*(5,93) 2 =1166*10 –6 *35,17=41*10 –3 =
41 mH
Parametr Mms to masa rucho-
ma, tzn. masa cewki i membrany
głośnika. Do wzoru (2) powinna
być ona podana w kilogramach.
Obliczamy Cmes=18,98*10 –3
/(5,93) 2 =18,98*10 –3 /35,17=539*10 –6 =
539 mF
Mając obliczone wartości ele-
mentów Lces i Cmes warto spraw-
dzić czy nie popełniliśmy błędu,
najłatwiej obliczając częstotliwość
rezonansową ze wzoru (4). Wy-
nosi ona Fr=33,85 Hz, producent
podaje częstotliwość rezonansową
Fs=33,83 Hz. Jak widać parame-
try zastępcze Lces i Cmes tworzą
obwód rezonansowy, którego czę-
stotliwość rezonansowa jest taka
sama jak częstotliwość rezonanso-
wa głośnika.
Niestety producent nie podał
parametru Rms, więc nie możemy
skorzystać ze wzoru (3). Parametr
Rmes można łatwo obliczyć znając
impedancję głośnika dla częstotli-
wości rezonansowej. Wystarczy od-
jąć od wartości tej impedancji re-
92
Elektronika Praktyczna 2/2007
886705259.049.png 886705259.050.png 886705259.051.png 886705259.052.png 886705259.053.png 886705259.054.png 886705259.056.png 886705259.057.png 886705259.058.png 886705259.059.png
KURS
zystancję cewki głośnika Re. Rme-
s= Zmax – Re
Z charakterystyki impedancji po-
danej przez producenta, która znaj-
duje się na rys. 4 odczytujemy, iż
impedancja dla częstotliwości rezo-
nansowej wynosi Zmax=47 V.
Obliczamy: Rmes=47–7,26=
39,74 V
Jako sprawdzenie wyniku wyko-
rzystamy metodę opierającą się na
obliczeniu dobroci mechanicznej
głośnika zgodnie ze wzorem (5).
Z wzoru (6) na podstawie wcze-
śniej obliczonych parametrów Lces
i Cmes obliczamy p=8,72. Po prze-
kształceniu wzoru (5) otrzymu-
jemy Rmes=Qms*p=4,97*8,72=
43,35 V. Można zauważyć, iż ist-
nieje pewna rozbieżność pomię-
dzy wynikami obliczeń, jednak
w praktyce nie ma ona znaczenia.
Obliczenia z wykorzystaniem Qms
uznałbym za dokładniejsze.
Na rys. 3 pokazano charaktery-
stykę impedancji obliczonego mo-
delu. Porównując ją z charaktery-
styką przedstawioną przez produ-
centa ( rys. 4 ) można zauważyć, iż
do częstotliwości około 1 kHz cha-
rakterystyki te są bardzo zbliżone.
Powyżej tej częstotliwości model
okazuje się zbyt uproszczony i róż-
nice stają się coraz większe.
Przedstawiony model ma dość
cenną właściwość – napięcie po-
między punktami A i B jest pro-
porcjonalne do wychylenia cewki
głośnika. Na rys. 5 przedstawiono
charakterystykę częstotliwościową
napięcia Uab wyrażonego w decy-
belach.
Jak można zauważyć wychyle-
nie cewki głośnika rośnie do jego
częstotliwości rezonansowej po
czym opada ze stałą prędkością
6 dB/oktawę. Dla łatwiejszego zro-
zumienia, na rysunku zaznaczono
linię o spadku 6 db/oktawę. Skoro
charakterystyka ta nie jest płaska,
to w jaki sposób sygnał akustycz-
ny generowany przez głośnik cha-
rakteryzuje się pewnym pasmem,
w którym jego amplituda jest pra-
wie płaska? Otóż, aby głośnik taką
samą głośnością odtwarzał często-
tliwość dwa razy większą, jego
cewka drga z amplitudą o połowę
mniejszą. Na przykład jeżeli gło-
śnik odtwarza częstotliwość 100 Hz
i jego membrana drga z amplitudą
1mm, to aby tak samo głośno od-
tworzyć częstotliwość 200 Hz wy-
starczy, że amplituda drgań mem-
brany będzie wynosić 0,5 mm. Dla
częstotliwości 400 Hz, amplituda
drgań wynosi 0,25 mm. Wraz z po-
dwojeniem częstotliwości amplituda
drgań spada o połowę.
Mnożąc napięcie Uab przez
częstotliwość otrzymujemy charak-
terystykę głośnika, którego membra-
na spełnia założenie idealnego tło-
ka, czyli w pewnym uproszczeniu
membrana ma idealną sztywność
i brak jakichkolwiek rezonansów.
Charakterystykę proporcjonalną do
amplitudy dźwięku generowane-
go przez głośnik przedstawiono
na rys. 6 . Charakterystyka takie-
go głośnika jest prawie płaska od
częstotliwości rezonansowej do
częstotliwości około 1 kHz. Prze-
kształcając wzór (7) możemy ob-
liczyć częstotliwość, od której im-
pedancja cewki Le będzie większa
od rezystancji Re. Częstotliwość ta
wynosi 1487 Hz. Jak można odczy-
tać z charakterystyki jest to górna
częstotliwość graniczna idealnego
głośnika.
Analizując wykres z rys. 6 po-
winniśmy zapamiętać, iż poniżej
dolnej częstotliwości granicznej
amplituda dźwięku spada z pręd-
kością 12 dB/oktawę, natomiast po-
wyżej górnej częstotliwości granicz-
nej z prędkością 6 dB/oktawę.
Na rys. 7 przedstawiono cha-
rakterystykę głośnika zmierzoną
przez producenta. Odbiega ona
znacznie od zasymulowanej cha-
rakterystyki z rys. 6. Różnice wyni-
kają przede wszystkim ze tego, iż
membrana tego głośnika nie speł-
nia założeń idealnego tłoka. Można
zauważyć wiele rezonansów oraz
ciekawą właściwość. Otóż powyżej
częstotliwości 1 kHz amplituda sy-
gnału generowanego przez głośnik
nie zmniejsza się jak można ocze-
kiwać, ale staje się ona jeszcze
większa.
Zjawisko to, jak i wiele innych
opiszę w kolejnym artykule.
Roman Łyczko
lyczko_roman@poczta.ox.pl
Autor jest studentem wydziału Elek-
troniki i Telekomunikacji Politechniki
Śląskiej w Gliwicach oraz prezesem
Koła Naukowego Elektroników.
Bibliografia:
http://sound.westhost.com/
http://www.epanorama.net/documents/
audio/speaker_impedance.html
http://www.tvm–valmez.cz/
Elektronika Praktyczna 2/2007
93
886705259.060.png 886705259.061.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin