Podstawowe elementy w zwrotnicy pasywnej

W tym wpisie przedstawimy z czego składa się typowa zwrotnica w kolumnach głośnikowych

W zwrotnicy głośników pasywnych wykorzystujemy trzy elementy pasywne:

• cewkę indukcyjną - Indukcyjność [mH] (L)
• kondensator - Pojemność [uF] (C)
• rezystor - Rezystancja [ohm Ω] (R)

Zwane także elementami LCR. Nazywa się je komponentami pasywnymi, ponieważ nie wymagają do działania zasilania, w przeciwieństwie do aktywnej zwrotnicy. Komponenty LCR to trzy najważniejsze elementy bierne stosowane do filtracji w zwrotnicach audio. Sygnał elektryczny ze wzmacniacza poprzez elementy LCR jest filtrowany na podstawie żądanej częstotliwości podziału w celu oddzielenia wysokich i niskich częstotliwości na odpowiednie głośniki. Najprościej pisząc cewka połączona szeregowo powoduje wygaszanie wyższych częstotliwości, kondensator - obcinanie niższych częstotliwości.







Najprostszymi zwrotnicami I-rzędu będą:

• Dla głośnika niskotonowego, filtr dolno-przepustwowy (przepuszczający niskie dźwięki) - cewka szeregowo i kondensator równolegle z głośnikiem
• Dla głośnika wysokotonowego filtr górno-przepsutowy (przepuszczający wysokie dźwięki) - szeregowo kondensator i równolegle cewka

Oprócz bardzo dobrych głośników szerokopasmowych, prawie nie ma przetwornika, który byłby w stanie odtworzyć całe spektrum audio od 20 Hz do 20 kHz bez zniekształceń przy tym samym poziomie głośności. Dlatego w większości konstrukcji kolumn głośnikowych nie można uniknąć zastosowania zwrotnicy.

Cewki, kondensatory i rezystory nazywamy elementami pasywnymi, ale czy naprawdę zachowują się pasywnie, gdy używamy tych komponentów w obwodach audio? Ponadto, które komponenty wybrać i co sprawia, że ​​idealnie nadają się do wykorzystania w pasywnym filtrze zwrotnicy? W poniższych akapitach wyjaśnimy podstawy każdego komponentu i postaramy się odpowiedzieć na powyższe pytania. W tym wpisie nie podajemy najlepszej marki ani rodzaju. Ten aspekt różni się w każdym projekcie, jednak poniższe podstawowe informacje mogą pomóc w dokonaniu dobrego wyboru właściwych komponentów w zwrotnicy pasywnej.

Wszystkie elementy oraz akcesoria do budowy kolumn i zwrotnic głośnikowych kupisz w naszym sklepie BlackDotAudio

Kondensator

Kondensatory składają się z dwóch izolowanych przewodników (zwanych również płytkami / elektrodami), które są oddzielone obok lub naprzeciw elementu izolacyjnego zwanego dielektrykiem. To materiał, który nie przewodzi prądu. Nazwy kondensatorów pochodzą od ich dielektryków, takich jak kondensatory ceramiczne, kondensatory elektrolityczne lub polipropylenowe.




Pojemność kondensatora podawana jest w Faradach (w skrócie F) i jest to zdolność magazynowania ładunku elektrycznego. Podobnie jak cewka indukcyjna, jednostka farad jest bardzo dużą wartością i w zastosowaniach audio i używamy mniejszych jednostek - [μF, uF] - mikrofarad.

W przeciwieństwie do rezystora, kondensator nie przekształca mocy związanej z prądem pojemnościowym na ciepło, ale jest magazynowany w postaci energii w wewnętrznym polu elektrycznym kondensatora. Cała ta energia zostaje zwrócona w momencie rozładowania kondensatora w przypadku prądu stałego (DC). Kondensator nie przepuszcza prądu stałego, jednak w przypadku prądu przemiennego (AC) tak. W rzeczywistości prąd ładowania lub prąd rozładowania (tj. Prąd przemienny) przebiega w sposób ciągły. Wielkość tych prądów ładowania i rozładowania zależy od dwóch czynników; pojemność kondensatora F; częstotliwość f. Ponieważ prąd przemienny rośnie wraz ze wzrostem pojemności i / lub częstotliwości, możemy powiedzieć, że opór staje się mniejszy. Ta rezystancja w kondensatorze jest znana jako rezystancja pojemnościowa (Xc), zwana także reaktancją pojemnościową.
Xc = rezystancja pojemnościowa w omach (Ω); Xc = 1 / (2π f C) f = częstotliwość w hercach (Hz); C = pojemność w faradzie (F).

Wniosek z tego taki, że ze względu na charakterystykę rezystancji zależną od częstotliwości kondensator zapewnia większy opór przy niskich częstotliwościach niż przy wyższych. Dlatego jest używany w zwrotnicy, aby odfiltrować niskie częstotliwości.

Typ kondensatora, klasa napięcia, dielektryk, użyte materiały a zastosowanie w zwrotnicy.

Zasadniczo istnieją 3 typy kondensatorów w zależności od ich budowy; kondensatory foliowe, kondensatory ceramiczne i kondensatory elektrolityczne. W zwrotnicach stosujemy głównie kondensatory foliowe oraz kondensatory elektrolityczne, ponieważ nie każdy typ nadaje się do zastosowań audio. Dielektryk, wartości napięcia (napięcie znamionowe) i pojemność to najważniejsze aspekty, które należy wziąć pod uwagę w wyborze kondensatora w zwrotnicy.

Pojemność kondensatora zależy od trzech czynników; pole powierzchni elektrod, odległości między elektrodami i jakość zastosowanego dielektryka. Aby zwiększyć pojemność, należy zwiększyć pole powierzchni przewodników i zmniejszyć odległość między nimi. Często osiąga się to poprzez nałożenie materiału przewodzącego na cienki izolator (dielektryk) i zwijanie go. Przykładami są cylindryczne kondensatory, w których przewodniki z folii są zwijane, takie jak kondensatory polipropylenowe, metalizowane polipropylenowe i niepolaryzowane / bipolarne kondensatory elektrolityczne. Istnieją różne wartości napięcia dla każdego typu serii kondensatorów, np. 63 V, 100 V, 250 V, 400 V, 630 V itd. Jest to ważny czynnik, ponieważ dielektryk może ulec uszkodzeniu, gdy napięcie jest zbyt wysokie. Zastosowanie zamiennie kondensatora o wyższym napięciu jest możliwe i ma pozytywny wpływ na jego pracę, ponieważ pojemność kondensatora nie jest stabilna w zależności od temperatury. Napięcie może się różnić w zależności od typu i jest czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę. W przypadku kondensatorów preferowana jest tolerancja 1%, jednak tolerancja 5% nie wpływa na jakość kondensatora.

Przyjęło się, że kondensatory elektrolityczne / bipolarne to podstawowe kondensatory do zastosowania w zwrotnicach, ich zaletą jest niska cena. Jednak pod względem jakości brzmienia ustępują nowoczesnym kondensatorom foliowym.

Cewka

Ze względu na charakterystykę, cewka indukcyjna zapewnia większą rezystancję przy wysokich częstotliwościach niż przy niskich. Cewka to nic innego jak owinięty emaliowany drut miedziany (drut lakierowany) owinięty wokół rdzenia. Rdzeń może być rdzeniem ferrytowym, rdzeniem żelaznym lub rdzeniem powietrznym, który jest po prostu pustym otworem. Cewka może odfiltrować wysokie częstotliwości. Własnością cewki indukcyjnej jest stała induktora będąca współczynnikiem samoindukcji, oznaczonym literą L i mierzonym w jednostce henry (H) - która wskazuje poziom samoindukcji w cewce. W zastosowaniach audio używany w mniejszych jednostkach [mH] - milihenry.



Zasadniczo cewka działa odwrotnie niż kondensator. Induktor magazynuje energię w polu magnetycznym. Ta energia jest ponownie uwalniana, gdy prąd płynący przez cewkę zostanie przerwany. Szybkość, z jaką zmienia się prąd przez cewkę indukcyjną, zależy od napięcia na cewce. Wraz ze wzrostem częstotliwości pole magnetyczne w cewce będzie zmieniać się częściej na sekundę między biegunem północnym i południowym. Prąd (lub pole magnetyczne) rośnie i maleje szybciej. Wzrasta napięcie samoindukcyjne, które przeciwdziała prądowi, a tym samym zwiększa się rezystancja indukcyjna. Dlatego rezystancja indukcyjna zależy od: współczynnik samoindukcji w L; częstotliwość f. Wzrost napięcia samoindukcyjnego ma taki sam wpływ na prąd, jak wzrost rezystancji przewodu, tj. Zmniejszenie prądu. Ten opór wywołany indukcją jest rezystancją indukcyjną (Xl), znaną również jako reaktancja indukcyjna.

Wniosek: Ze względu na charakterystykę rezystancji zależną od częstotliwości cewka zapewnia większy opór przy wysokich częstotliwościach niż przy niskich częstotliwościach. W rezultacie jest używana w zwrotnicy do odfiltrowywania wysokich częstotliwości.

Typ cewki, tolerancja i materiały

Konstrukcja większości cewek przeznaczonych do stosowania w zwrotnicach składa się z emaliowanego drutu miedzianego. Rdzeń ferrytowy lub żelazny zwiększa pojemność indukcyjną, przez co zawiera mniej drutu miedzianego niż rdzenie powietrzne o tej samej wartości i wytwarza mniejszy opór prądu stałego. Mniej drutu miedzianego często skutkuje niższą ceną. Istnieją również cewki „bardziej luksusowe”, takie jak cewki z folii, cewki z woskowanego drutu Litz i cewki z rdzeniem toroidalnym. Każda ma swoje specyficzne cechy.

W przypadku cewek istnieją różne gradacje użycia materiału i rodzaju, aby określić ich stabilność i wartość. Przetwarzanie temperatury i obsługa mocy odgrywają w tym ważną rolę. Ostatecznie procent tolerancji określa, jak blisko zmierzona wartość jest do określonej wartości i jak dokładny będzie twój końcowy obwód. Jeśli chcesz zbliżyć się do obliczonej wartości, wybierz tolerancję 1%. Cewka z tolerancją 5% nie wpływa na jej jakość, tylko rzeczywiste wartości będą bardziej odbiegać od założonych.

Zarówno kondensator jak i cewka są najważniejszymi elementami w konstrukcji zwrotnicy, ale oba na różne sposoby. Cewki nie wpływają na brzmienie w sygnale audio tak jak kondensatory. Kondensatory są na to bardziej wrażliwe. Ważne aspekty przy wyborze dobrego induktora są bardziej związane z obsługą mocy i rodzajem cewki. Gdy jakość materiału i położenie cewki są odpowiednie, cewka indukcyjna w stosunku do kondensatora nie wpłynie na sygnał. Prawidłowe umieszczenie cewki indukcyjnej (pod odpowiednim kątem do siebie) zapobiegnie przesłuchom (crosstalk) i szumowi.



Przyjmuje się, że cewki powietrzne są najbardziej uniwersalne. Cewki rdzeniowe często stosuje się w torze głośnika niskotonowego. Jeśli chodzi o grubość drutu to cewki do grubości drutu 0,7mm stosuje się w torze głośnika wysokotonowego; 1mm-1,2mm - średniotonowego; 1,4mm i powyżej do głośników niskotonowych. Oczywiście zastosowanie cewek oraz ich indukcyjność zależy od schematu i wartości podanych w projekcie zwrotnicy. Przy wymianie cewek w istniejącej zwrotnicy należy uwzględnić oprócz indukcyjności również jej rezystancję, ponieważ wartość ta wpływa na charakterystykę.

Rezystor

Termin "opór'' w języku technicznym dosłownie oznacza poziom oporu, jakiego doświadczają elektrony podczas poruszania się przez materiał. Idealne rezystory nie ulegają samoindukcji i nie mają właściwości pojemnościowych. Podłączając rezystor do prądu przemiennego, nazywamy wynikowy opór; rezystancja lub impedancja prądu przemiennego. Termin impedancja jest najpowszechniejszym terminem, jednak impedancja jest równa rezystancji prądu stałego w omach (Ω). Jeśli napięcie na oporze wzrasta, prawo Ohma mówi, że prąd rośnie proporcjonalnie. V = I R. W zastosowaniach do zwrotnic stosuje się rezystory, które prawie nie powodują żadnych szumów. Używamy rezystorów węglowych, rezystorów metalizowanych i rezystorów drutowych. Rezystory węglowe nie radzą sobie z dużą mocą i powszechnie stosowane są rezystory z metalowej folii (kilka watów) lub rezystory drutowe (dziesiątki watów). Istnieją różne stopnie wykorzystania i rodzaju materiału dla ich stabilności i odporności. Przetwarzanie temperatury odgrywa w tym ważną rolę. Powszechnymi typami rezystorów w zwrotnicach są rezystory z folii metalowej i rezystory drutowe z materiałami takimi jak nikiel-chrom (Cr + Ni), miedź-nikiel (Cu + Ni) i tlenek metalu.

Ogólnie rezystor jest najbardziej podstawowym elementem, a wartość rezystancji omowej i moc znamionowa są najważniejszymi wartościami. Wracając do indukcji w przypadku rezystora. W praktyce  komponenty nie są idealne i niewielka indukcja występuje również w przypadku rezystorów. Indukcja wpływa na sygnał i aby temu zapobiec, zastosowano bifilarne uzwojenia w rezystorze. Przykładami są rezystory serii Mundorf MRES i Ty-Ohm Superes. Te rezystory często mają bardzo niski współczynnik temperaturowy i bardzo niską indukcję.

Podsumowanie

Wydaje się więc, że odpowiedni dobór elementów zwrotnicy może mieć taki sam wpływ na ogólną jakość dźwięku, jak sam projekt zwrotnicy. Czy ma znaczenie, jaką markę i typ elementów wybierzesz? Tak, i istnieje wiele artykułów na ten temat, które pokazują różnice w sposób słyszalny, nawet wtedy kiedy jest to subiektywne odczucie. Ogólnie rzecz biorąc, dla kogoś, kto dopiero zaczyna, ogólną poprawę uzyskasz, gdy dużo uwagi poświęci się typowi zwrotnicy i jakości komponentów do budowy zwrotnic głośnikowych.