Dviejų juostų akustinė sistema su „Audax HM170Z18“ ir „TW025A0“

Pradžia

Šiam dviejų juostų projektui pasirinkau Audax garsiakalbius. Žemųjų dažnių – HM170Z18, ir aukštadažnį TW025A0.

Visi matavimai ir modeliavimas buvo atlikti su „Speaker Workshop“. Programa leidžia dirbti su garsiakalbių impedanso kreivėmis ir dažnine charakteristika. Ją galima laisvai atsisiųsti iš www.speakerworkshop.com.

Matavimams naudojau tokią aparatūrą:

• Kompiuteris su garso plokšte (full duplex).
• „Jig II“ (prietaisiukas jungiamas prie garso plokštės). Prietaiso schemą ir aprašymą galima rasti Eric Wallin svetainėje.
• Dažninei charakteristikai išmatuoti reikės elektrinio mikrofono ir pradinio stiprintuvo jam. Stiprintuvo schema taip pat guli Eric Wallin svetainėje.
• Naujausios garso plokštės nebeturi savyje integruoto stiprintuvo, ir neišduoda pakankamai galingumo net esant 4 Omų apkrovai, jau nekalbant apie 8 Omus. Todėl geriausia yra naudoti išorinį stiprintuvą.
• Viskam sujungti žinoma reikės laidų, gnybtų ir pan.

Detali programos naudojimo instrukcija ir viskas, ką papildomai reikės pasigaminti prie programos yra Eric Wallin svetainėje. Siūlau labai įdėmiai viską perskaityti.

Dar vienas labai išsamus aprašymas patalpintas programos kūrėjų puslapyje www.speakerworkshop.com. Labai naudinga medžiaga ne tik kaip instrukcija pačiai programai, bet ir kaip akustinės sistemos projektavimo gidas.

Labai rekomenduoju periodiškai pasiskaityti Speaker Workshop Forum.

Žemadažnis garsiakalbis

Žemiau pateikta gamintojo duomenų lentelė ir charakteristikos.

Toliau, parametrų matavimas rankiniu būdu. Pagrindiniai parametrai, reikalingi dėžei paskaičiuoti, yra:

• Garsiakalbio rezonansinis dažnis FS (Hercais).
• Ritės varža pastoviai srovei Re (Omais).
• Q faktorius Qms, Qes, Qts.
• Ekvivalentinis oro tūris Vas (Litrais).

Matavimams naudojau tokią įrangą:

• Milivoltmetras.
• Kompiuteris su garso korta ir programine įranga, galinčia generuoti sinusinius signalus.
• Stiprintuvas, reikalingas signalui sustiprinti.
• 4W Rezistorius R1=549 Ohm (geriau 5 W ar didesnis, 1000 Ohm).
• Tikslus rezistorius R2=10 Ohm (mano atveju 8,1 Ohm).
• Laidai, jungtys, krokodilai ir kita smulkmė, reikalinga viskam sujungti i bendrą schemą.

Šitas sąrašas nėra visiškai nepakeičiamas, čia galimi įvairūs pakeitimai nominaluose ir t. t. Pvz., vietoj kompiuterio galima naudoti stacionarų signalo generatorių, dažnio matavimo prietaisą ir panašiai.

Kalibravimas

Pradžioje reikia sukalibruoti milivoltmetrą. Tuo tikslu vietoje garsiakalbio pajungiamas pagalbinis rezistorius 8,1 Ohm ir stiprintuve arba (ir) kompiuteryje reguliuodami garsą parenkame išėjimo įtampą U=(1/R1)*R2. Tarkime R1=1000 Ohm, R2=10 Ohm, tada pažaidus garso reguliatoriais turime gauti 0,01 volto.

Mano atveju: R1=549 Ohm, R2=8,1 Ohm U=8,1*(1/549)=0,0147 V.

Tolesnėje eigoje reguliuoti išėjimo įtampos negalima.

Pagalbinę varžą R2 atjungiame ir jos vieton jungiamas garsiakalbis. Geriausia ji paguldyti tarp dviejų kėdžių, kuo toliau nuo atspindinčių paviršių. Idealus variantas, kada garsiakalbis užima tokią padėtį kokioje jis bus kolonėlėje, t .y. vertikalioj. Jei guldysime ant grindų ar stalo, nereikėtų tikėtis teisingų rezultatų.

Re

Re, arba garsiakalbio ritės varža, nuolatinei srovei randama labai paprastai, tereikia prijungti testerį (multimetrą) prie garsiakalbio gnybtų ir užsirašyti parodymus.

Re=6,2 Ohm

Fs ir Rmax

Garsiakalbio rezonansinis dažnis randamas pagal jo Z charakteristikos aukščiausią tašką. Norėdami jį surasti, tolygiai keičiame generatoriaus dažnį ir stebime voltmetro parodymus. Dažnis, prie kurio voltmetro rodyklė atsilenkia maksimaliai, ir bus rezonansinis dažnis Fs. Toliau dažniui didėjant, voltmetro parodymai ims mažėti. Gautus voltus dauginam iš R1 (549) ir gaunam Rmax.

Fs=47,3 Hz, Rmax=0,162*549=89 Ohm

Q faktorius

Toliau reikia rasti keletą pagalbinių dydžių R0, Rx, F1, F2:

Suradus Rx, matuojame du dažnius F1 ir F2 prie U'=Rx/R1. F1 kairiau Fs, F2 dešiniau.

R0 = 89/6,2=14,3 Ohm,
Rx = 23,4 Ohm,
U'= 0,0427 V,
F1 = 34,6 Hz, F2 = 66,2 Hz

Toliau galima pasitikrinti savo matavimų tikslumą:

Jeigu rezultatas skiriasi nuo išmatuoto Fs daugiau nei vienu hercu, viską reikia pakartoti iš naujo, ir kruopščiau.

SQRT(34,6*66,2)=47,85 .... 47,8-47,3=0,5 Hz. Puiku!

Qms=(47,3*SQRT(14,3))/31,6=5,66
Qes=5,66/13,3=0,425
Qts=5,66/14,3=0,396

Dabar jau galima daryti tam tikras išvadas. Jei Fs/Qts > 100 garsiakalbis pritaikytas darbui fazoinvertoriuje. Jei mažiau nei 50 – uždaroje dėžėje. Tarp 50 ir 100 – reikia modeliuoti (pvz., su „JBL SpeakerShop“) ir žiūrėti, koks akustinės sistemos tipas geriau tinka.

Fs/Qts = 47,3/0,396m = 119. Nuosprendis – Fazoinvertorius. Arba kitaip sakant – Dėžė su SKYLE.

Matuodamas garsiakalbių parametrus naudojausi metodika, kuri aprašyta www.bluesmobil.com/shikhman/arts/tsm.htm.

Čia išmatuoti ne visi parametrai. Tolimesnius matavimus atlikau su „Speaker Workshop“ programa.

Svarbiausias dalykas – tinkamai sukalibruoti programą. Tuomet galima visiškai neabejoti matavimų rezultatais. Kai kuriuos parametrus esu išmatavęs rankiniu būdu, todėl bus su kuo palyginti.

Atlikus pradinius programos nustatymus ir kalibravimą, galima matuoti garsiakalbių Z charakteristikas (Woofer – HM170Z18).

Turėdami abu impedanso grafikus (free air & sealed) galime lengvai apskaičiuoti visus mus dominančius garsiakalbio parametrus, reikalingus tolesniam akustinės sistemos modeliavimui. Jei palyginsime su ankščiau gautais rezultatais, matuojant rankiniu būdu, pamatysime, jog gavosi visai artimos reikšmės. Tai teikia pasitikėjimo savo matavimais. Du kartus vienodai suklysti yra sunku.

Dėžė

Optimalus variantas gaunasi 15-20L fazoinvertoriniame korpuse. Mažinant dėže turėsime mažesnius užlaikymo laikus ir fazinė charakteristika šiek tiek gražesnė. Tačiau turėdami keliais litrais didesnę dėžę išlošiame keletą hercų žemųjų dažnių srityje, o pralošiame visai nežymiai. Tačiau vienintelio ir teisingo sprendimo čia nėra, galima bandyti įvairius variantus. Programa leidžia virtualiai keisti dėžės vidinį tūrį, fazoinvertoriaus diametrą ir ilgį. Tokiu būdu akivaizdžiai matome kaip keičiasi rezultatas.

Aš naudojau 19L tūrio dėžę. Surinkus visą konstrukciją, ją patogu iš vidaus ištepti kokia nors bitumine mastika. Pvz.: „Gravitex“. Tada galima labai tiksliai išmatuoti tūrį vandens pagalba.

Visos dėžės sienelės padarytos komponuojant fanerą (10 mm) ir natūralią vientisą medieną (uosis 20 mm). Viduje keletas skersinių sustiprinimų įsirėmę į šonus bei priekį. Galinė sienelė dviguba, o viduje smėlis. Korpusas gavosi pakankamai stiprus ir tai girdisi. Prieš dažant vidų Gravitex'u, visus sudūrimus iš vidaus aplipdžiau smulkių pjuvenų ir klijų mišiniu. Išdžiuvus masė sukietėja ir suteikia konstrukcijai ne tik sandarumo, bet ir tvirtumo.

Taigi, dėžės tūris – 19L, fazoinvertorius – apvalus vamzdelis, kurio vidinis skersmuo 5,4cm, o ilgis apie 9 cm. Geriausia pradžioje įdėti šiek tiek ilgesnį vamzdelį ir po to ji sutrumpinti derinant. Kadangi vidinės sienelės buvo apklijuotos akustines bangas sugeriančia medžiaga, dėžės tūris virtualiai padidėjo, todėl fazoinvertorių reikia trumpinti, norint išlaikyti tą patį rezonansinį dažnį.

Derinant programos pagalba išmatuojame garsiakalbio, įmontuoto dėžėje, impedanso kreivę. Ir tol trumpinam fazoinvertorių, kol matuojama impedanso kreivė parodys ta patį, ką ir apskaičiuota dėžės modeliavimo metu teorinė.

Norėdami galutinai įsitikinti, ar mūsų darbo rezultatai nors kažkiek atitiko teorinius programos skaičiavimus, imame į rankas mikrofoną ir pradinį stiprintuvą jam. Viską jungiame ir matuojame amplitudinę dažninę charakteristiką. Šis testas galų gale išryškins visus mūsų konstrukcijos trūkumus. Dėl stačiakampio formos susidaro įvairios stovinčios bangos ir kitos blogybės, kurios po to formuoja išsišokimus ir nuolydžius bendroje kreivėje. Tačiau apie tai ir be manęs prirašyta daugybė tekstų, o mano tikslas – parodyti kas gavosi pas mane.

Akustikos amplitudinė - dažninė charakteristika gaunama keliais etapais.

Pirmiausia atliekame nearfield testą. Mikrofonas turi būti kuo arčiau diafragmos(1–2 cm). Tuo pačiu principu matuojame ir fazoinvertorių. Tokiu būdu labai tiksliai išmatuojame žemųjų dažnių charakteristiką. Po to atlikus šių dviejų grafikų sujungimą gauname realią akustinės sistemos dažninę charakteristiką atspindinčią akustikos veiklą žemųjų dažnių srityje.

Paskutinis etapas – išmatuojame viską, kas yra virš 300–400 Hz, taip vadinamas on-axis testas. Tiesa tam , kad pamatytume vientisą vaizdą, merged nearfield ir on-axis sujungiame pasirinkę labiausiai mums patinkantį susikirtimo tašką (paprastai tarp 200 ir 400 Hz).

Aukštųjų dažnių garsiakalbis

Žemiau pateikta gamintojo duomenų lentelė ir charakteristikos:

Išmatavus tweeter'io impedansą randame jo rezonansinį dažnį (Fr = 979 Hz). Toliau tiek wooferio, tiek tweeterio impedanso kreivės bus reikalingos filtro skaičiavimuose. Aukštųjų dažnių garsiakalbio dažninė - charakteristika.

Filtrai

Turime visų garsiakalbių dažnines charakteristikas ir impedanso kreives. Štai dabar prasideda tikroji kūryba ir galvos skausmas . Dažninė charakteristika labai gerai išryškina ne tik konstrukcijos trūkumus, bet ir garsiakalbių tarpusavio išdėstymo ypatybes.

Programa iš tiesų suteikia puikias galimybes modeliuoti būsimą filtrą. Galime ne tik keisti bet kurio filtro komponento reikšmę ir matyti to pakeitimo rezultatą – perskaičiuotą amplitudinę dažninę charakteristiką, bet ir automatiškai koreguoti visų (pasirinktinai) filtro komponentų reikšmes, priklausomai nuo užsiduotos teorinės rezultato kreivės. Kitaip sakant, programa pati bando pritaikyti filtrą prie realių, mūsų išmatuotų, sąlygų.

Dar nesu apsisprendęs kokio tipo / eilės filtrą darysiu, todėl pradžioje pajungiau viską paprastai:

Žemieji dažniai liko nepaliesti, pirmos eilės filtras (4 mkF MBGO) siaurina dažnių juostą tik tweeteriui. O 1,5 Omo rezistorius mažina jo jautrumą.

Galerija

Kiekvienas naujas projektas atneša daug patirties bei džiaugsmo jo gamybos procese ir, jeigu šio darbo rezultatą ir galima nusipirkti už kokius nors pinigus, tai patirtis yra neįkainojama. Ir dar, klausytis savo rankomis pagamintos akustikos daug maloniau!