Gyári adatlapok grafikonjainak digitalizálása hangváltó tervezéshez

Gyakran találkozni olyan számolószkripttel, programmal, Excel táblázattal, melyek hangváltó szűrőinek számítására készültek. Azonban sok közülük csak a hangszóró névleges impedanciáját használja fel a szűrők méretezéséhez, mely sajnos a gyakorlati életben vajmi kevés. Korrekt hangváltótervezéshez elengedhetetlen a hangszóró pontos impedancia- és hangnyomásgörbéje! Előbbi azért szükséges, mert nélküle nem modellezhető/számolható, hogy mit fog csinálni a szűrő villamosan, amikor a hangszóróval terheljük a kimenetét, utóbbi nélkül pedig nem tudjuk, hogy akusztikailag hogyan fog viselkedni/megszólalni a hangszóró a szűrés után. Az alábbi cikk arra az eshetőségre ad megoldást, amikor nem áll módunkban a hangszóró impedancia- és SPL grafikonjait saját kezűleg megmérni (pl. mert nincs még a birtokunkban a hangszóró, de szeretnénk valami kiinduló tervet készíteni, amit aztán a saját mérésekkel pontosítunk tovább), azonban a gyári (és értelemszerűen korrekt, nem MS Paintben rajzolt fiktív) grafikonok a rendelkezésünkre állnak.

Az FRD és ZMA fájlok

Elöljáróban néhány szó a frekvenciamenet (.frd) és impedanciamenet (.zma) fájlokról. A legtöbb mérőszoftver képes a mért grafikonokat kiexportálni, amit aztán más szoftverbe beimportálva felhasználhatunk. Esetünkben a mérőszoftverből visszük át a grafikonokat a hangváltótervező szoftverbe. A leggyakoribb fájltípusok a .txt, .csv, .zma, .frd melyek közös jellemzője, hogy szöveges formátumban táblázatszerűen tartalmazza a grafikon értékeit. Többnyire 3 oszlopos táblázatot alkotnak, melyekben az első a frekvencia, a második a magnitúdó (lényegében a függvényérték abszolút nagysága) és az utolsó (ami néha elmarad) a fázis. A táblázat sorai összetartozó frekvencia-magnitúdó-fázis számhármasokat alkotnak. Sajnos egységes szintaxis nincs ezekre a fájlokra, így egyik szoftver így, másik úgy értelmezi, leginkább a tizedes jelző (pont vagy vessző) és az oszlopok elválasztókaraktere (TAB, szóköz, vessző, pontosvessző) térnek el. Ez azonban nem egy leküzdhetetlen probléma, csak tudni kell, melyik program hogyan hozza létre, és amibe átvisszük, az hogyan eszi meg az adatokat. Így néha egy editorban át kell cserélni a (tizedes)pontokat vesszőkre, vagy a pontosvesszőket szóközökre, TAB-okra mielőtt a célprogramban megnyitnánk az állományt. Némelyik szoftver megköveteli, hogy az adathalmaznak az első sora fejléc legyen, ilyenkor ebben jelölve van az oszlopok nevei, pl. 'Freq Mag Phase' vagy 'Hz Ohm deg'. Utóbbi a szerencsésebb, mert itt egyben a mértékegység is tisztázódik.

Szükséges szoftverek:

  • g3data - grafikon digitalizáló szoftver LINK
  • Openoffice Calc vagy MS Excel - táblázatkezelő irodai szoftver
  • Windows jegyzettömb vagy hasonló egyszerű szöveges editor
  • LoudSpeaker Lab - hangsugárzó mérő/tervező szoftver

Időközben bővült a lehetőségek száma, a cikk alján bemutatok egy kis kalkulátort, amivel lényegesen könnyebb a munka. Így a fentiek közül már csak a g3data grafikondigitalizáló szoftver szükséges, az azzal mentett fájlokat a kalkulátorral frd/zma fájlokká konvertálhatjuk. (Ebbe beleértve a külön digitalizált magnitúdó és fázis összefésülését is!)

Akusztikus frekvenciamenet digitalizálása FRD fájlba

Első lépésként le kell menteni a hangszóró adatlapi grafikonjait pl. jpeg formátumú képként. Ennek egyik lehetősége, hogy a Print Screen billentyűvel lelopjuk a képernyő tartalmát vágólapra, majd azt valamilyen képkezelő alkalmazásba (pl. XnView) beillesztjük és lementjük. Példaként a HA20-484 hangszóróval tesszük ezt meg, melynek adatlapja pdf formátumban érhető el. (Az adott hangszóró 2006-os adatlapja, a cikk születése óta már frissítette a gyártó a hangszóró adatlapját!) Az XnView alkalmazással mindjárt le is ollózzuk az adatlap most lényegtelen részeit:

kép

Ezután elindítjuk a g3data nevű programot és megnyitjuk benne az előbb lementett fájlt. Ha a kép túl nagy, akkor lehet gördíteni.

kép

Következő lépés, a grafikon koordinátáinak bejelölése. Esetünkben egy kép tartalmazza a két (frekvenciamenet, impedanciamenet) grafikont, ezzel megkíméljük magunkat egy közbenső fájlnyitás, tallózgatás procedúrától. Először a felső, frekvenciamenet grafikont fogjuk beolvasni. A képernyő bal-felső részén található Axis points mezőn először megnyomjuk a Set point X1 on X axis gombot. Ezzel az x tengelyen (frekvenciatengely) kijelöljük a legelső frekvenciát a grafikonon, majd a gomb melletti beviteli mezőbe beírjuk a hozzá tartozó frekvenciát, ami most 20Hz. A grafikonon való pontos rábökésben segít a baloldali kis nagyító ablak. Fontos is a pontosság, mert ha a másik jelölőt nem egyvonalba helyezzük, akkor a szoftver ezt úgy veszi, hogy ferde a kép (pl. papírról szkennelt grafikonoknál ez előfordulhat). A következő gomb a frekvenciatengely másik végét jelöli meg, itt a 20000-et kell az ablakba írni. Ugyan így állítjuk be a függőleges tengelyen a SPL értékeket is. Mint látható az ábrán is, nem feltétlenül szükséges a legszélső értékeket jelölni, ha pl. a grafikon széle már homályos vagy túl vastag ott a vonal és nem tudni, hogy merre vastagították. Itt a 95dB helyett a 90dB lett megjelölve, mert ennek vékonyabb a vonala, könnyebb a pontos rábökés. Ezután a Logaritmic scales részen jelöljük az x tengelyt logaritmikusnak, hisz a frekvenciatengely az. Ha mindent jól csináltunk, akkor a képernyő felső részén Processing information mezőben látható annak a pontnak a koordinátája, ahol éppen áll az egér. Ellenőrizzük le néhány helyen az eredeti kép rácsozása segítségével, hogy stimmel-e! Ha mindent rendben találtunk, akkor kezdődhet a digitalizálás. Ez lényegében abból áll, hogy egymás után felhelyezünk kis négyszög alakú pontokat a grafikon görbéjére, főleg a sarokpontokra. Ahol egyenes szakasz van, ott lehet nagyobbakat lépkedni, ill. ahol csak kismértékben hullámos, ott elhanyagolásképpen szintén ugorhatunk egy nagyobbat. Ha hibáznánk, akkor a remove last point gombbal törölhető visszafelé a sor.

Ezek olyan lehetőségek, amiben sokkal jobb, mint a többek által ismert SPLtools digitalizáló kis szoftver. Az SPLtools is kétségtelenül nagyon hasznos kellék, azonban nem foglalkozik a fázismenettel (ami főleg az impedanciamenetnél nem hagyható ki a buliból), nem lehet visszatörölni a hibásan klikkelt adatot (max utólag kitörölni a mentett frd/zma fájl szerkesztésével) és ami a legidegesítőbb benne, hogy állandó egységeket ugorva halad az x tengelyen, így néha pont átugorja a függvény fontosabb töréspontjait, ugyanakkor a lineáris (beleértve az állandó meredekségű) szakaszokat is türelmesen végig kell kattintgatni. Ha egy elfogadható felbontást akarunk, akkor legalább 50-re kell állítani a grafikon felbontását. Ekkor ennyi pontot vesz fel a beállított általában 20-20000Hz közötti tartományban, és ez éppen csak elfogadható, kb 1/5-öd oktávos felbontást jelent! A g3data szoftverrel itt is látni fogjuk, hogy kb 20-25 kattintással olyan felbontásban koppintjuk le a görbét, amit az SPLtools-ban csak olyan 200-as (kb 1/20-ad oktávos) felbontás mellett tudnánk megközelíteni! (ami 200 kattintást jelent, vagyis durván a tízszeresét!)

kép

Ha megvagyunk a görbe végigkattintgatásával, akkor le kell menteni az eredményt. A bal alsó sarokban Export data to file kijelölése után szükség esetén megadjuk a fájlnevet és kiterjesztést (ami alapértelmezésben .dat). A mi esetünkben a frekvenciamenet szempontjából a .dat helyett írjunk .frd-t és ezt a lementett fájlt azonnal használni is lehet, megnyitva a LoudSpeaker Labban így néz ki:

kép

Ezzel a megadott frekvenciamenet grafikon előállítása gyakorlatilag kész. Sajnos SPL fázismenettel nem tudjuk kiegészíteni.

Villamos impedanciamenet digitalizálása ZMA fájlba

Következőkben az impedanciamenetet visszük be. Ez egy kicsit bonyolultabb lesz, ugyanis itt a fázismenetet is be akarjuk vinni és sajnos itt nem tekinthetünk el tőle, alapvetően szükséges a váltó villamos modellezéséhez! Mondhatjuk úgy is, hogy a fázismenet mutatja meg mikor mennyire reaktív (induktív vagy kapacitív) a terhelés és ez nagyban befolyásolja a szűrő viselkedését. Először az impedanciamenet abszolút-értékét (nagyságát) visszük be, majd lementjük. Azután a fázisát, amit szintén mentünk majd ezekből összeollózunk az Excel segítségével egy frekvencia-impedancia-fázis számhármasokból álló táblázatot. A probléma csak az lesz, hogy a külön-külön bevitt két grafikon függvényértékei nem pont ugyanazon a frekvencián lesznek, sőt lehet, hogy még csak nem is ugyanannyi pontból fognak állni. Ezeket a problémákat azonban könnyen megoldhatjuk mint az majd látni fogjuk.

Elsőként állítsuk át a jelölőket az impedanciagrafikonra. A Set point... gombokat újra megnyomva azok újra felhelyezhetőek a grafikonra és közben az értékek is átírhatóak ahol kell. Az y tengelyen érdemes olyan helyre tenni őket, ahol az impedanciának (ohm) és a fázisnak (deg) is kerek értéke van, közös a skálaosztásuk, mert amikor váltunk a fázismenet olvasására, akkor nem kell mégegyszer áthelyezni a jelölőket, csak a számokat kell átírni mellettük. Ne felejtsük el a Remove all points gombbal letörölni minden korábbi bevitelt, valamit most is ellenőrizzük a grafikonon, hogy jó értékeket mutat-e, ha az egeret a grafikon rácspontjaira visszük!

kép

Ha minden rendben, akkor úgy, mint a frekvenciamenet esetében, szépen végigkattintgatjuk a görbét, majd amikor kész, akkor megadjuk a fájlnevet és mentjük. Példaként most ha20-484_1.txt a fájlnév. Az 1.-es index azért, mert lesz még egy (a fázismenet) és a .txt pedig azért mert úgy is bele kell nyúlni a jegyzettömb segítségével. Ezután töröljük az összes bevitelt (Remove all points) és újra állítjuk a koordinátákat a fázismenetnek megfelelően. A frekvencia (x tengely) ugye nem változik, hisz ugyan abban a grafikonban vagyunk. Az y tengelyt kell átjelölni a fázismenetnek megfelelően. Jelen esetben az 5 ohmra már egyszer letett jelölő a fázismenetben a -50 fokot jelenti, míg a 35ohm a +60 fokot. Így csak át kell írni Y1-value és Y2-value ablakokban a számokat. Bevisszük az adatokat és mentünk (esetünkben ha20-484_2.txt néven).

kép

Ha megvagyunk, akkor megnyitva a két txt fájlt azok így festenek:

magnitúdó: fázis:

Innentől a cikk azt részletezi, hogy egy táblázatkezelővel (Excel vagy Calc) és az LspLab újrakvantálás funkciójával hogyan tudjuk összefésülni az eltérően mintavételezett magnitúdó és fázis fájlokat. Mivel azonban pont ezt a problémát oldja meg a cikk végén található szkript, így ezeket a részeket nyugodtan átugorhatod egészen idáig!

Mindkét fájl két oszlopot tartalmaz, szóközzel elválasztva, a tizedesjelző pedig pont. Szúrjuk be a fájlok első sorába a következőt:

Hz <szóköz vagy TAB> dB

Majd igazítsuk ki az első adatokat, hogy kereken pl. esetünkben 10Hz és 20000Hz legyenek. Ezután ha megnyitjuk importa a Loudspeaker Lab programban, akkor frekvenciamenet grafikonnak (SPL grafikon) fogja értelmezni őket:

kép

Itt most újrakvantáljuk az y tengelyt, hogy egyforma frekvenciaértékeken legyenek az adatsorok, mert enélkül nem tudjuk összefésülni a magnitúdót és a fázist. A grafikonon jobb egérgombbal kattintva a helyi menüből Rescale kiválasztása után átskálázzuk a frekvenciatengelyt.

kép

Itt látszik, miért kellett kiigazítani a legelső és legutolsó frekvenciaértéket. Ha hagyjuk, hogy ez pl. a 10,0832332733 Hz-es értéken maradjon, akkor az ablakba ennél kisebb értéket nem enged az LspLAB beírni, és akkor ezzel már nem azonos frekvenciapontokon lesz a két grafikon! (nem engedne 10-et beírni, persze ha mondjuk ebből kifolyólag mondjuk 11 vagy 12Hz-től skáláztatunk mindkét grafikonban úgy is jó, a lényeg az azonos kezdőérték és az azonos felbontás beállítása!) Persze azért arra is figyeljünk, hogy a digitalizálásnál közel legyen az első és az utolsó adat a frekvenciatengely két szélső értékéhez. Felbontásnak 48 pont/oktáv értéket írjunk be, ennél nagyobbat fölösleges, kisebbet meg kár lenne. A köztes helyeken a program interpolál, igaz csak egyszerű lineáris interpolációval (egyenessel köti össze a meglévő pontokat), de ez pont megfelelő, mivel a hosszan egyenes szakaszokat nagyobb lépésekkel vettük fel. Exportáljuk ki a kapott grafikont a File/Export menüpont segítségével. A párbeszédablakban a No Phase opció legyen kiválasztva.

Ugyan így járunk el a fázismenet adataival is.

kép

Ezután ismét jegyzettömb segítségével kicsit beleszerkesztünk a kapott fájlokba. Megnyitva a LoudSpeaker Lab által txt-be exportált fájlokat, azok így néznek ki:

magnitúdó: fázis:

Látjuk, hogy a frekvencia-léptékezés azonos, már csak egy 3 oszlopos táblázatot kell varázsolni a két kétoszloposból. Ehhez az Excelt fogjuk használni (ill. Én az Openoffice Calc-et). Hogy megspóroljuk egy fölösleges kört, még a jegyzettömbben cseréljük át az összes pontot vesszőre, ugyanis az Excell és a Openoffice Calc csak így eszi könnyen a tizedestörteket. Ezután az 1.-es txt fájlt még a jegyzettömbben jelöljük ki és tegyük vágólapra (CTRL+A, CTRL+C). Nyissuk meg az Openoffice Calc-et majd a kurzorral az A1 cellán tartózkodva illesszük be a vágólapot (MS Office-nál importálást kell választani a Fájl menüből, legalább is a 2003-asnál!) Ezután a következőt látjuk:

kép

Elválasztójelnek szóközt választunk, és a határolók egyesítését is jelöljük be. Ekkor normálisan 2 oszlopban látszik az előnézet. Kellhet még a különleges számok észlelésének bejelölése is, mert enélkül előfordul, hogy szövegnek formázza a cellákat. (Régebbi OO verzióban enélkül is ment, de az újak már makacskodnak ezzel) Az OK gombbal bezárjuk, majd a másik jegyzettömbben lévő txt fájlt is vágólapozzuk, majd mielőtt az Openoffice-ba bevinnénk, állítsuk a kurzort a C1 cellára. hasonlóan járunk el, annyi különbséggel, hogy most az első importálandó oszlopot kihagyásra jelöljük:

kép

Közben az első két oszlop már bent van, és látható, hogy az új már csak egy oszlop a C jelű oszlopban fog landolni:

kép

Átírjuk a legelső sortban az oszlopok neveit. A Freq maradhat, a többiben én mindjárt a mértékegységet írom, így könnyebben azonosítja a LoudSpeaker Lab mi van benne. Pl. akkor is tudni fogja, hogy impedancia fájl, ha nem.zma a kiterjesztés!) Jelöljük ki a táblázat ezen részét, másoljuk vágólapra majd illesszük be egy újonnan nyitott jegyzettömbbe és mentsük le.

kép

Az így kapott fájlt nevezzük át .zma kiterjesztésűre és nyissuk be a LoudSpeaker Labba:

kép

Ezzel gyakorlatilag meg is vagyunk, van a kiválasztott hangszóróról egy frekvenciamenet (frd) és egy impedanciamenet (zma) fájlunk. Hogy ezeket miként is lehet felhasználni a váltótervezésben, arra a következőkben mutatok be -a teljesség igénye nélkül- néhány példát.

megj.: Érdemes a digitalizált impedancia fájlból számoltatni egy T/S-t a LoudSpeaker Labbal, annak ellenére, hogy eléggé sacc/kb lett a rezonanciapúp környéke bedigizve, szinte hajszálra kijönnek az adatlapi értékek! (Fs=36.15Hz, Qms=2.8611, Qes=0.6621, Qts=0.5377)

Néhány alkalmazási példa

Tankönyvi váltók

Először azt nézzük meg, miért nem jók az un. tankönyvi váltó méretező képletek és online szkriptek! Ezek ugyanis ohmos, tiszta rezisztív lezáróimpedanciára méretezik a szűrőt. A hangszóró nem ilyen, hol kapacitív, hol induktív és az abszolút értéke (nagysága) se állandó. Elsőként számolunk egy tipikus másodrendű butterworth szűrőt 8Ω-ra és 3,5kHz-re, majd megnézzük mi törtnéik ha ideális (8Ω-os) és valóságos (hangszóróval történő) lezárást kap. A LoudSpeaker Lab rendelkezik ilyen számolókkal, ezeket most nem részletezem, egyszerűen csak számoltatok vele egy szűrőt:

kép

A program L1=514,5µH és C1=4,02µF értékeket dobott ki. A tiszta idilli 8Ω-os lezárással így alakulna a villamos átvitel:

kép

A grafikonon a kék a szűrő villamos átvitele, a narancs a fázisa. Látható szemre is, hogy a 3,5kHz-es keresztezési frekvencián megvan a -3dB esés és a 0 fokból -180 fokba tartó fáziskarakterisztika is ezen a ponton -90 fokot vesz fel, ahogy az a nagy könyvben le van írva. (más kérdés, hogy keresztezési frekvencián nem mindig -3dB-en kell találkozniuk a görbéknek, de hát ezzel se nagyon foglalkoznak ezek a számolócsodák...) Ha bevisszük a hangszóró tulajdonságaihoz az imént készített impedanciamenet fájlt, akkor következő villamos átvitelt modellezi a Loudspeaker Lab:

kép

Látható, hogy valós hangszóróval történő lezárásra már nem úgy viselkedik a szűrő mint azt várnánk, erős kiemelés lép fel 4kHz felett valamivel és a tényleges -3dB-es pont 6kHz-en van az általunk elképzelt 3,5 helyett! És ez csak az egyik problémája a dolognak, a másik, hogy a kiemelés rezonáns, a szűrő impulzusválasza erős lengéseket mutat:

kép

És hát nem utolsó sorban az impedanciamenet is többnyire elszenved ilyenkor egy kisebb-nagyobb lyukat, amit meg az erősítők nem vesznek túlzottan jónéven, de ami még ennél is pusztítóbb az erősítókre nézve, hogy ilyenkor előfordulhat vészesen szélsőséges fázismenet az impednaciában, ami ugyanekkora feszültség-áram fázistolást jelent a hangsugárzó meghajtásában. Ez a B, AB osztályú erősítőkre nézve nagyon veszélyes tud lenni, mivel az áramcsúcs eltoldik olyan fázisba, ahol kicsi a pillanatnyi kimenőfesz és ezért nagy a végfok tranzisztorain eső felüszltség, így a pillanatnyi teljesítménylöket akár a többszöröse is lehet, mint amire méretezték a végfokozat tranzisztorait!

Az előbbi jelenségek oka-magyarázata a szűrők jóságában, azaz Q-tényezőjében keresendő. Minden RCL szűrőnek van jósága, ami az R elemmel van kapcsolatban. (ld. korábban hangszóró jósági tényezőit) Egy másodrendű hangváltó is RLC körnek tekinthető, mégpedig elsőre szokatlannak tűnő módon párhuzamos rezgőkör. Q jósága a terhelés R értékétől függ. Márha, az tényleg egy szép tiszta R tag, csak sajnos hangszóró esetében távolrós sem az! A lényeg, hogy ha egy szűrőt mondjuk 8Ω-ra méretezünk, akkor butterworth esetben szép Q=0,707 jóságú rezgőkörként viselkedik az fx frekvencián. Ha ettől nagyobb impedanciájú de még ohmos terhelést kap, akkor Q szépen arányosan emelkedik, minek következtében a szűrő berezonál, kimenetén nagyobb amplitúdót produkál, mint amit a bemenetére kap, azaz elkezd kiemelni, miközben az impedancia leesik, ami szükséges is, a látszólag nagyobb kimenőfeszültség hatására kényszerített nagyobb áramfelvétel miatt. És most csak egy nagyobb R-t tettünk be, nem egy hangszórót, egy sor reaktív elemmel! (cséveinduktivitás, mech.elemek, tömeg, rugó transzfolmáltjai)

Hogy mit lehet tenni a szűrők rakoncátlakodásának kordában tarrására, arra egy alternatívát mutat a következő példa.

Zobel tag méretezés

A zobel tag egy olyan, a hangszóróval párhuzamosan kapcsolt soros RC tag, ami kompenzálja a hangszóró induktivitását az impedanciamenet induktív szakaszában. (Lényegében a váltás is ebben a szakaszban van.) Így már a szűrő a vágási frekvencia környezetében közel rezisztív konstans lezárást lát és némi esély van rá, hogy szépen, az előbbi rezonáns kiemelés nélkül működjön. Zobel tag méretezésére is van több számoló script és a Loudspeaker Lab is rendelkezik ilyennel. A baj csak az, hogy a hangszóró induktivitása a frekvencia függvényében nem állandó. Saját tapasztalom a számolószkriptekkel itt is elég kétes, jobban szeretem kisakkozni a zobel tag RC elemeinek értékeit. Most is ezt tettem és a következő eredményre jutottam:

kép kép

A zobeltag elemei R=8,2Ω és C=10µF értékűek. (A szoftver C=6,02µF-ot számolt ami nagyon rossz volt!) Látható a grafikonon, hogy az impedanciamenet nagysága olyan 6,5-7Ω környékén állandósult a váltás igen széles környezetében (gyakorlatilag 500Hz-20kHz között jó) és vele együtt a fázismenet is a 0 fokra állt be némi elenyésző hibával. Az így kompenzált hangszóróval már szebben fog működni a tankönyvi váltónk:

kép kép

Már nincs benne kiemelés, szép grafikont kaptunk, bár mivel az impedancia nagysága nem pontosan 8Ω-ra állt be, ezért kicsit elcsúszott a -3dB-es pont, 3500-ról 3000Hz-re. A fenti szűrő zobel nélkül is működhet elfogadhatóan:

kép kép

Erre pl. igen hatékony megoldás ha a szűrő egyes reaktív (L vagy C) elemeit csillapítjuk. Pl. most a párhuzamos ágban lévő kondenzátor jóságát rontottam el egy 3,9Ω-os soros ellenállással. (Ami amúgy a szokottól nagyobb most, 0.47-3.3Ω közötti értékek a tipikusak.) Ez már elég, hogy a szűrő ne jöjjön rezonanciába és szép lefutást mutasson a frekvenciagörbéje. Ezzel meg lehet takarítani fölösleges hálózatokat, ami főleg azoknak örvendetes akik nem szeretik a potya alkatrészeket. Magas- és középhangszórók esetében pl. az L-pad (főleg soros eleme) is lehet egyben szűrő csillapító szerepben is.

Akusztikus modellezés

Eddig csak villamos viselkedéseket néztünk. Igazából az akusztikai nem más, mint a villamos BODE diagram szorzása (formálisan dB skálán összeadása) az akusztikai frekvenciamenet BODE diagramjával. Azonban ez nagyon sokat számít, ilyenkor jön be a képbe, hogy a váltóval kompenzáljuk a hangszórók esetleges akusztikai problémáit, azaz segítjük őket a "beilleszkedésben". A HA20-484 pl. középen eléggé felfelé tart, mondhatni kiemel és ezt is illik kompenzálni egy korrekt váltóban. Nézzük mi történik ha a legutolsó váltókonstrukcióba belevesszük az akusztikai SPL grafikont is:

kép

Láthatjuk, hogy így kb 600Hz felett ki fog emelni a rendszerünk. A mélyközép hangszórók középtartományának finomhangolásának egy kényelmes eszköze, ha játszunk a soros L taggal:

kép kép

A soros L tagot 900µH-re növelve szépen esett a görbe a középtartományban. Kicsit igazítani kellett a C tagon is és máris jobb az összkép. Sajnos a hangszóró 600Hz-2kHz közötti anomáliáját váltóval nem nagyon lehet ill. érdemes kezelni, itt pl. az előlapi diffrakciókkal lehet kicsit hangolni a dolgot, vagy a hangszórón kell eleve megszüntetni ennek okát.

Néhány megjegyzés a végére

A hangszóró ilyen módon felvett impedancia-menete nyitott kosaras hangszórók esetében a free-air állapotot tükrözi. Beépítve a hangszóró rezonancia púp körüli tartománya (itt 36Hz) erősen megváltozik. Ez úgy egy dekádon belül de még jóval messzebbi frekvenciákra is kihat. Pl. egy mélyhangszóró dobozolása egy esetleges 5-600 Hz-es váltásra könyörtelenül kihat a váltó működésére, de még 1-2kHz-nél is érezteti hatását, kb. 3-4 kHz-nél kezd csak elenyésző lenni. Ezért szerencsésebb a hangszórók végleges helyén beépített állapotban készített saját mérésből szimulálni, vagy a korábbi adatlapos szimulációt, ha a hangszóró már a birtokunkban van, méréssel folytatni és pontosítani a tervet. Zárt kosaras hangszórók esetében (közép és magashangszórók) nem kritikus, ott a doboz nincs hatással a impedanciára, kivéve ha a membrán előtti részt akusztikailag megváltoztatjuk (pl. tölcsér, diffúzor vagy belülről csavarozott hangszórók esetén).
Saját impedancia mérések készítése egyszerűen és olcsón: http://ptesza.blogspot.com/

Az akusztikus frekvenciamenet nem hordoz fázisinformációt, így nem tudni, hogy egy többutas rendszerben a keresztezési frekvencia környezetében hogyan alakul az eredő frekvenciamenet, milyen fázisban találkoznak a hangszórók hanghullámai és azok erősítik, vagy kioltják-e egymást. Vagyis lehet, hogy amíg a program azt mondja, hogy meg kell cserélni a magashangszóró polaritását, hogy fázisban legyen a mélyközéppel, addig lehet, hogy a valós rendszerben meg pont így lesz kioltásban. Ha saját fázishelyes mérésből modellezünk, akkor ez nem fordulhat elő. Ilyen mérések készítéséről az Impulzusválasz alapú mérések 3. részében részletesen írok.

Az akusztikus frekvenciamenet nem egyezik az otthoni végleges dobozban mérhetővel, ugyanis a hangszóró hangjára erősen kihat az előlap mérete (Baffle-Step) és élein fellépő diffrakciók. Ez egyrészt az alacsony frekvenciák csillapítását jelenti, (mely szobában elhelyezéstől függően olyan 2-3dB esést jelent), ill a doboz éleiről lelépő hullámok (diffrakció) interferálásából (kioltások és erősítések sorozata) adódó csipkézettség formájában jelentkezik. A gyárban vagy IEC szabvány mérőlapba szerelt hangszórón mérik a frekvenciamenetet, vagy előfordul olyan is, hogy a mérőszoba falába építve, mintegy az előbbi jelenségektől mentes mérést készítenek.

A fent megemlített váltótervezési példák csak példák, néhány tipikus probléma rutin megoldásának kiinduló iránya. Ezeket néhány kattintással oldottam meg, aminek időtartama még 1 percet sem ért el. A valóságban azonban heteket-hónapokat lehet eltölteni váltótervezéssel, nem csak a műszaki tervezés, hanem a közbeiktatott hosszabb-rövidebb szubjektív meghallgatások miatt is, vagyis a tényleges váltófejlesztés a látszat ellenére sajnos nem ilyen egyszerű. Sok kínlódást-nyűglődést tud okozni, gyakran több műszakilag megfelelő verzió közül füllel kell választani, de olyan is van, hogy ugyan az a kapcsolás, ugyanazon alkatrészértékek, csak éppen magát az alkatrészt (kondit, ellenállást) cserélgeti az ember ilyen-olyan fajtára és közben sokat-sokat hallgatózik. Aztán, hogy még a madzag fajtája is beleszól a hangképbe, már mondani sem merem... :)

FRD/ZMA fájl készítő szkript

A fenti Excel/LspLab pepecseléstől szabadít meg ez a kis online szkript. Első lépésben itt is a g3data szoftverrel el kell készíteni a magnitúdó és fázismenet fájlokat, amit ezután a szkriptbe kell vinni. Az opciók között be kell állítani a grafikon fajtáját (hangnyomásgörbe vagy impedanciamenet), a felbontást (pont/oktáv) és van egy .txt checkbox is , amivel Windows Jegyzettömb kompatibilis fájlt készít txt kiterjesztéssel. Az frd/zma fájl az Indítás gombra készül el, amit menteni lehet. A szkript feldolgozás előtt sorbarendezi az adatokat, így nem szükséges a g3data-val monoton előre haladni a görbe digitalizálásakor, akár teljesen össze-vissza is felbökhetők a függvényértékek.

FRD/ZMA fájl készítő szkript

fájl(ok) megadása

opciók

oktáv

Kép betöltése…
Bezár