Co robi kondensator lub cewka indukcyjna w zwrotnicy głośnikowej?

Nie wiesz, co dokładnie robią kondensatory lub cewki indukcyjne w zwrotnicy głośnikowej? Trafiłeś we właściwe miejsce!

W tym artykule postaramy się wyjaśnić w łatwy i przejrzysty sposób jaką rolę pełnią cewki i kondensatory w zwrotnicy oraz jak działa zwrotnica głośnikowa. Zapraszamy!

Cewki indukcyjne a kondensatory – czym się różnią?

Cewki indukcyjne i kondensatory to podstawowe komponenty które można spotkać we wszelkiego rodzaju elektronice audio, w tym w systemach głośnikowych w domu lub w samochodzie. Każdy z z tych elementów jest uważany za pasywny typ części składowych, ponieważ nie wymagają one zasilania do działania. Kondensatory i cewki są trochę jak przeciwne bieguny, ale mogą współpracować w zwrotnicy głośnikowej, aby znacznie poprawić jakość dźwięku i maksymalnie wykorzystać głośniki w kolumnie.

Do czego służy cewka w zwrotnicy?

Cewka indukcyjna to ciasno nawinięta cewka z drutu z określoną liczbą pętli używanych do wykorzystania właściwości zwanej indukcyjnością. Indukcyjność to tendencja przewodnika (w tym przypadku drutu w cewce) do przeciwstawiania się zmianie przepływającego przez niego prądu elektrycznego z powodu generowanych przez niego pól magnetycznych.
Są stosowane w silnikach elektrycznych, solenoidach, cewkach świec zapłonowych i oczywiście w konstrukcjach zwrotnic głośnikowych.

Cewki indukcyjne zachowują się jak przeciwieństwo kondensatorów: cewka przeciwstawia się sygnałom o wysokiej częstotliwości, co oznacza, że łatwiej przepuszcza sygnały audio o niskiej częstotliwości. Umożliwia to zachowanie elektryczne zwane reaktancją. Kiedy zmienia się częstotliwość, zmienia się również opór cewki indukcyjnej lub kondensatora wobec przepływu prądu.

Reaktancja indukcyjna: cewka indukcyjna buduje wyższą rezystancję (impedancję) na prąd, gdy częstotliwość wzrasta z powodu posiadanej indukcyjności.

Reaktancja pojemnościowa: kondensator buduje wyższą rezystancję (impedancję) na prąd, gdy częstotliwość maleje z powodu jego pojemności.

Jednostki miary indukcyjności

W przypadku cewek indukcyjnych jednostką miary jest henr (H). Zgodnie z konwencją, cewki indukcyjne są zwykle sprzedawane w jednostkach milihenr (mH) (1/1000 henr lub 0,001 henr). Typowa zwrotnica głośnikowa może na przykład wykorzystywać cewkę indukcyjną o wartości 10 mH.

Do czego służy kondensator w zwrotnicy?

Kondensatory przechowują ładunek elektryczny za pomocą niezwykle cienkich i ciasno zwiniętych przewodników elektrycznych oddzielonych izolatorem. Może to być elektrolit, mika lub kilka innych rodzajów materiałów. Chociaż nie przepuszczają sygnału prądu stałego (DC), przepuszczają napięcie i sygnały prądu przemiennego (AC). Mają ciekawą cechę: kondensatory przepuszczają tylko wysokie częstotliwości – podnoszą swoją impedancję (rezystancję częstotliwościową), gdy przyłożone są niższe częstotliwości. Punkt, w którym to ma miejsce, jest starannie wybierany jako częstotliwość podziału. Istnieją dwa podstawowe typy kondensatorów, z których jeden jest szczególnie używany do audio.

Jednostki miary pojemności

W przypadku kondensatorów jednostką miary jest farad. Zgodnie z konwencją kondensatory są często sprzedawane w jednostkach mikrofaradów (1/1 000 000 farada, czyli 0,000 001 F), czasami zapisywanych grecką literą mu „µ” oznaczającą „mikro”. Na przykład, kupując kondensatory do własnych zwrotnic, czasami zobaczysz kondensatory wymienione w „µF”. Mniejsze mogą wykorzystywać pikofarady (pF) lub nanofarady (nF), które są jeszcze mniejsze i są wykorzystywane w elektronice. Kondensatory używane w audio prawie zawsze mieszczą się w zakresie mikrofaradów. Na przykład kondensator który "blokuje" bas do głośnika wysokotonowego może wykorzystywać kondensator 47 µF.

Typy kondensatorów, które warto znać:

Kondensatory elektrolityczne są zasadniczo najbardziej powszechnym i najtańszym typem, stąd ich popularność we wszelkiego rodzaju zastosowaniach elektronicznych i głośnikowych. Często można je znaleźć w pasywnej zwrotnicy lub bezpośrednio podłączone do głośnika wysokotonowego jako zwrotnica górnoprzepustowa. Mają cienką metalową obudowę i zawierają elektrolit między supercienkimi płytkami przewodzącymi wewnątrz. Niespolaryzowany kondensator elektrolityczny umożliwia przepuszczanie kształtu fali prądu przemiennego (AC), takiego jak używany do sygnału muzycznego. Nazywa się je również kondensatorami „bipolarnymi”.

Uwaga: Kondensatory niespolaryzowane (bipolarne) zwykle są oznaczone jako takie i są jedynymi typami, których należy używać do audio. Spolaryzowane kondensatory mogą ulec uszkodzeniu (a nawet eksplodować!)

2. Kondensatory foliowe:

Kondensator foliowy wykorzystuje cienkowarstwowy materiał do oddzielania naładowanych płytek i jest zazwyczaj nieco droższy. Są również trwalsze, mają lepszą wydajność (w niektórych przypadkach) dla dźwięku i mogą mieć wyższe limity temperatury. Kondensatory foliowe są również oferowane w typach wysokonapięciowych, które doskonale nadają się do lampowych projektów audio. Są również dobrym ulepszeniem tańszych kondensatorów elektrolitycznych.

Jak działa zwrotnica głośnikowa?

Zwrotnica wykorzystuje kondensator, cewkę indukcyjną lub oba w celu ograniczenia zakresu częstotliwości dźwięku wysyłanego do jednego lub większej liczby głośników. Jest to niezwykle przydatne, aby zapobiec dotarciu niskich częstotliwości do głośnika wysokotonowego lub średnicy i wysokich tonów do subwoofera. Punkt zwrotnicy jest często zalecany przez producenta głośników lub wybierany jako dobry kompromis między ograniczeniami pasma przenoszenia każdego używanego głośnika. Częstotliwość filtra jest bezpośrednio związana z impedancją głośnika. Jeśli znasz wartości cewek indukcyjnych i/lub kondensatorów, możesz określić częstotliwość podziału głośnika na podstawie impedancji, z jaką jest używany.

Nachylenie zbocza zwrotnicy głośnikowej:


Kiedy mówimy o „ilości rzędów” w zwrotnicy, mamy na myśli liczbę etapów (sekcji). Wpływa to na skuteczność nachylenia – zdolności filtrowania dźwięku. Konstrukcja pierwszego rzędu wykorzystuje pojedynczą cewkę indukcyjną lub kondensator, podczas gdy przy drugim rzędzie dodajemy drugą cewkę, przy trzecim dodajemy trzeci element i tak dalej. Każdy stopień (kolejność) ma nachylenie -6dB na oktawę, przy czym -12dB/oktawę jest jednym z najczęściej stosowanych zarówno w zwrotnicach głośników jak i wzmacniaczach.

Zwrotnica 1 - rzędu z kondensatorem (filtr górnoprzepustowy)

Jest to najprostsza zwrotnica dla głośnika wysokotonowego. Filtr górnoprzepustowy działa poprzez przepuszczanie wyższych częstotliwości do głośnika i przeciwstawianie niższych częstotliwości. Przy niższych częstotliwościach impedancja kondensatora ma bardzo wysoką wartość w omach, co znacznie zmniejsza napięcie wyjściowe głośnika. Odwrotnie jest przy wysokich częstotliwościach. Często takie filtry można znaleźć zainstalowane w samochodzie lub domowym głośniku wysokotonowym ustawionym w celu blokowania odtwarzania zniekształcających i potencjalnie szkodliwych basów.

Zwrotnica 1 - rzędu z cewką indukcyjną (filtr dolnoprzepustowy)

Filtr dolnoprzepustowy działa poprzez blokowanie wyższych częstotliwości do głośnika i przepuszczanie niższych częstotliwości. Przy wyższych częstotliwościach impedancja cewki indukcyjnej oznacza, że ma ona bardzo wysoką wartość w omach, co znacznie zmniejsza moc wyjściową do głośnika. Ten typ jest zwykle używany z głośnikiem niskotonowym lub średniotonowym, aby zapobiec odtwarzaniu wysokich częstotliwości, których nie są w stanie dobrze odtworzyć głośniki niskotonowe.

2-drożne zwrotnice drugiego rzędu z kondensatorami i cewkami indukcyjnymi

Dwudrożna zwrotnica głośnikowa 2-ego rzędu jest w zasadzie połączonymi równolegle filtrami górnoprzepustowymi i dolnoprzepustowymi. Jednakże, ponieważ dodają drugi stopień (2. rzędu, filtr -12dB/oktawę). Jest to najpopularniejszy typ zwrotnicy, wykorzystując głośnik niskotonowy i wysokotonowy do stworzenia 2-drożnego systemu głośników do domowych kolumn audio lub zestawu głośników komponentowych do samochodu. Nawet niedrogie 2-drożne zwrotnice drugiego rzędu mogą brzmieć doskonale z głośnikami o przyzwoitej jakości i odpowiedniej konstrukcji. Ze względu na punkt nakładania się na ich częstotliwości odcięcia, sprawy mogą się nieco bardziej skomplikować, jeśli chodzi o 2-drożne zwrotnice, co wyjaśnię poniżej.

Jak to działa: Kondensator C1 zmniejsza napięcie wyjściowe do głośnika wysokotonowego poniżej punktu odcięcia. Cewka indukcyjna L1 jeszcze bardziej redukuje sygnały o wysokiej częstotliwości, które do niej dotarły, przepuszczając je do masy/ujemnej (-) ścieżki powrotnej wzmacniacza. Cewka indukcyjna L2 zmniejsza napięcie wyjściowe do głośnika niskotonowego powyżej punktu odcięcia, przekazując sygnały o niskiej częstotliwości do głośnika. Kondensator C2 przekazuje dodatkowe sygnały o wysokiej częstotliwości, które do niego dotarły, do masy/ujemnej (-) ścieżki powrotnej wzmacniacza. Efektem końcowym są dwa stopnie zwrotnicy, które są ułożone szeregowo, co oznacza, że łączą się ze sobą, tworząc nachylenie zwrotnicy, które jest 2x skuteczniejsze niż konstrukcja jednostopniowa (-6dB/oktawę). To jest nachylenie -12dB/oktawę.

Dlaczego stosuje się zwrotnice pierwszego rzędu, skoro zwrotnice drugiego rzędu są lepsze?

Chociaż zwrotnice pierwszego rzędu są teraz mniej powszechne, nadal istnieją. Często znajdziesz je w:

- Budżetowych 2-drożnych kolumnach głośnikowych.
- Konstrukcjach, w których naturalny rolloff głośnika (spadająca charakterystyka częstotliwościowa) może być wykorzystane do zmniejszenia liczby komponentów wymaganych do osiągnięcia tego samego efektu.
- Proste zwrotnice do samochodowego zestawu stereo i powiązanych zastosowań, w których idealne zastosowanie szybkiego i łatwego rozwiązania.

Ogólnie rzecz biorąc, zwrotnice 12dB/oktawę są najbardziej popularne, ponieważ stanowią dobry kompromis między kosztem, liczbą części i złożonością. W rzeczywistości wzmacniacze samochodowe i domowe amplitunery AV zwykle używają konstrukcji 12dB/oktawę (12dB/oktawę), nawet w swoich elektronicznych aktywnych zwrotnicach.

Typy zwrotnic do kolumn głośnikowych:

Istnieje szereg możliwych projektów zwrotnic, z których projektant może wybierać, ale kilka z nich jest preferowanych w stosunku do innych:

Butterworth: W swojej standardowej konfiguracji konstrukcja Butterwortha sumuje się do +3dB przy nakładaniu się częstotliwości odcięcia. Może to być przydatne w przypadku różnych potrzeb projektowych, takich jak uwzględnienie różnych przesunięć przetworników (odstępy między głośnikami w ich centralnym punkcie akustycznym).

Linkwitz-Riley: Ten typ sumuje się do płaskiego (0dB) wyjścia przy nakładaniu się częstotliwości zwrotnicy i jest jednym z najczęściej używanych. To idealny wybór w większości przypadków.

Bessel: Projekt Bessela nie jest uważany za „all pass” jak Linkwitz-Riley i nie sumuje się płasko w punkcie częstotliwości.

Czebyszew: Nieczęsto używany, może być pomocny, gdy istnieje potrzeba wzmocnienia wyjścia w punkcie zwrotnicy, ponieważ Czebyszew zapewnia sumę +6dB.

Dlaczego to ma znaczenie?

Zwykle nie ma to większego znaczenia dla przeciętnego człowieka. Jeśli jednak chcesz stworzyć własną zwrotnicę głośnikową, warto zapoznać się z dostępnymi opcjami. Każdy typ zwrotnicy głośnikowej wykorzystuje nieco inny zestaw formuł matematycznych do obliczenia potrzebnych wartości części. We wszystkich przypadkach dobra książka o projektowaniu głośników może pomóc Ci to zrobić samodzielnie, jeśli chcesz uzyskać najlepszą wydajność lub jeśli interesują Cię projekty głośników typu „zrób to sam” (DIY).

Faza głośników przy projektowaniu zwrotnicy:



Każdy element zwrotnicy dodaje fazę 90° (przesunięcie) do sygnału wysyłanego do głośnika. Kondensatory i cewki indukcyjne mają „przesunięcie fazowe”, gdy przechodzi przez nie sygnał. W przypadku prostych zwrotnic jednostopniowych nie stanowi to problemu, ponieważ nie jest to coś, co można zauważyć. Jednak w przypadku konstrukcji filtra zwrotnicy drugiego rzędu oznacza to różnicę 180° między dwoma wyjściami, co często skutkuje „dziwnym” dźwiękiem, a także oznacza, że dźwięk nie dociera do uszu słuchacza w tym samym czasie. Aby temu zaradzić, zwrotnice drugiego rzędu zwykle mają odwrócone wyjście głośnika wysokotonowego. To odwrócenie wyjścia jednego głośnika oznacza, że oba głośniki są „w fazie” i nie ma już problemu z opóźnieniem dźwięku. Jeśli kiedykolwiek kupiłeś 2-drożne zwrotnice głośnikowe, prawdopodobnie nawet nie wiedziałeś, że zostały zaprojektowane w ten sposób celowo!

Układ Zobel




To układ elementów do wyrównywania impedancji używana do kompensacji wzrostu impedancji głośników w całym zakresie częstotliwości z powodu indukcyjności cewki drgającej. Na przykład wiele głośników z cewką drgającą zwykle wykazuje wzrost całkowitej impedancji wraz ze wzrostem częstotliwości. Widać to na wykresach impedancji wykreślonych dla głośników. Ponieważ impedancja ma bezpośredni wpływ na zachowanie zwrotnicy, ta prosta konstrukcja może poprawić wydajność zestawu głośnikowego poprzez kompensację i „spłaszczenie” normalnego wzrostu obciążenia głośnika w omach, który widzi zwrotnica.



Wykorzystywany jest tu prosty układ RC (rezystor-kondensator) równolegle z głośnikiem, aby zrównoważyć impedancję, w wyniku czego zwrotnica widzi prawie płaską impedancję w zakresie odpowiedzi częstotliwościowej. Rezystor zapewnia, że minimalna impedancja całkowita jest zawsze zachowana, podczas gdy kondensator działa w celu zmniejszenia całkowitego obciążenia zwrotnicy w omach wraz ze wzrostem częstotliwości.

Zapraszamy do sklepu internetowego DIYaudio, gdzie znajdziesz wszystko czego potrzebujesz do budowy lub tuningu kolumn głośnikowych:

www.BlackDotAudio.eu