A mobil nézet még fejlesztés alatt!
>> váltás asztali nézetre <<

Gondolatok közép- és magashangszórók váltásához

Sokan elbagatellizálják a (különösen dóm) magashangszórók váltását. Pedig a dóm és kis zárt kosaras, kónuszos magas és középhangszórók érzékeny dolgok, és nagyon rosszul tudnak szólni, ha helytelenül váltják őket. Tipikusan rossz váltás következménye pl. a logopédiailag kifogásolható, bizonyos mássalhangzókat (s, zs, dzs, cs, stb.) rondán „ejtő” hangszóró. Ilyenkor többnyire az történik, hogy a hangszóró a saját alaprezonanciáján lengedezik, rakoncátlankodik, miközben jelentős (főleg tranziens) torzítást is produkál. Ez még akkor is megeshet, ha magasabban van váltva a hangszóró mint a rezonancia-frekvenciája. Ebből a szemszögből tehát célszerű megvizsgálni ezeket hangszórókat!

Először is kezdjük azzal, hogy a dóm és zárt kosaras kónuszos magas/közép hangszóróknak is vannak T/S paramétereik, különös tekintettel az fs rezonanciafrekvenciájukra és az itt is jelenlévő három fére Q jósági tényezőre. A hangszóró fs körüli lengedezését egyrészt Qms mechanikai, másrészt Qes elektromos oldali „motorfékes” csillapítás tartja kordában. A váltó azonban csúnyán belekotnyeleskedik az elektromos oldali csillapításba, néha csak lerontja, de van hogy szinte teljesen megszünteti. Arról van ugyanis szó, hogy a hangszóró a váltón keresztül érzékeli a meghajtás (eredetileg alacsony) impedanciáját (generátorimpedanciát). Ez befolyásolja az elektromos oldali csillapítást, Qes-be beépül a hangszóró és a végfok közti passzív hálózat is, vagyis a szűrőváltó. Itt különbséget kell tenni a páros és páratlan rendű szűrők között. Minden páratlan rendű szűrő a váltás fx frekvenciája alatt mintegy „elengedi” a hangszórót. Ez pl. egy elsőrendű, egyetlen soros kondit tartalmazó váltónál azt jelenti, hogy fx keresztezési frekvencia alatt ahogy megnő a kondi látszólagos ellenállása, úgy osztja le a feszültségjelet a terhelésére. A hangszóró fs rezonanciafrekvenciája környezetében elveszíti az elektromos oldali csillapítást, és így fs frekvenciájú lengései már csak a Qms mechanikai jóság által csillapított. Ebből a szempontból kedvezőbb az olyan hangszóró, melynél Qms érték kicsi, azaz mechanikailag jól csillapított. Ilyenek a ferrofluid csillapítású, és valamennyire a vastagon, jól impregnált membránszélű hangszórók/dómok is. A ferrózott dómoknak néha olyan alacsony a Qms értékük, hogy az összemérhető Qes-el (kb 1-3 közötti értékkel) így ezeknél a hangszóróknál Qms jelentősen befolyásolja az fs körüli csillapítást. Az ilyen hangszórók igen jól tűrik még az fs rezonancia közeli páratlan rendű váltást is. Arról ismerjük meg, hogy az impedanciamenetük fs frekvencián igen lapos, pl. egy 8Ω-os hangszórónál sem megy nagyon 12-13Ω fölé.

A következő ábra az elsőrendű fx=3kHz határfrekvenciájú ideális (ohmos terhelésre számolt tankönyvi) felüláteresztő váltó generátorimpedanciáját mutatja:

kép

A szűrő kapcsolása így fest:

kép

Ha szimulációban mérni szeretnénk egy adott ponton a rendszer földhöz képesti impedanciáját, akkor a bemeneti pontot át kell helyezni az adott mérendő pontba (esetünkben a hangszóróra), az így lógva maradt bemenetet pedig rövidre kell zárni: kép Ebben az esetben a szűrő áteresztő és vele párhuzamos hangszóró impedanciájának eredőjét tudjuk mérni. Ha csak a szűrőre vagyunk kíváncsiak, ki kell iktatni a hangszórót. Viszont hogy az LspLAB szimuláció megfelelően működjön, nem kivesszük a hangszórót, hanem beírunk az impedanciájába egy jó nagy számot. (pl. 1E6 ami 1MΩ) Valós hangszóró esetében is tudunk földhöz képesti impedanciát mérni, ez esetben természetesen a szűrő hangszóróval alkotott viselkedése a lényeg, ezért bennmarad a hangszóró és nem névleges ohmos érték van megadva neki, hanem értelemszerűen a hangszóró .ZMA mért imedanciafájlja.

Az előbbi impedanciagrafikon tehát azt mutatja, hogy a hangszóró villamosan milyen generátorimpedanciát lát a szűrőn keresztül. A fenti elsőrendű szűrő esetében alacsony-frekvencián egyre nagyobb a hangszóró által érzékelt villamos generátorimpedancia. Más a helyzet a páros rendű szűrőknél, mint pl. a másodrendűnél:

kép

Itt mindig van egy párhuzamos elem (egy tekercs személyében) a szűrő végén, ami fx alatt söntöli az áramkört. Így bár nem a végfok kisimpedanciás kimenetén, hanem a párhuzamosan kötött tekercsen, de úrja él a hangszóró Qes villamos csillapítása. Egy fs feletti váltás esetén így a párhuzamos tekercsen keresztül tud folyni a hangszóró tekercsében létrejövő indukált áram, ezért ugyan úgy van „motorféke” a lengőnek, mintha ez a végfok kisimpedanciás kimenetén jönne létre. (Ott a végfok vezeti le ezeket az indukált áramokat, miközben igyekszik a bemenetnek megfelelően tartani a kimenőjel feszültségét.) Az ideális tankönyvi másodrendű felüláteresztő szűrőn keresztüli generátorimpedancia így fest:

kép

A szűrő impedanciája fx frekvencián végtelenbe tart (ideális szűrő), fx alatt a tekercs söntölő hatása miatt esik, felette pedig a soros kondi kapcsolja a kisimpedanciás végfokkimenetre. Ha az fx frekvencia nem esik egybe a hangszóró fs rezonanciájával, akkor ezzel a szűrővel működhet a hangszóró Qes csillapítása. Azért itt is látjuk, hogy az fx váltás durván 1 oktávnyi környezetében vészesen megnő a szűrő áteresztő impedanciája, így célszerű úgy tervezni a váltást, hogy legalább fél, de inkább egy oktávval legyen az fx váltási freki a hangszóró fs rezonanciafrekvenciája felett.

Ha a hangszóróval sorba kell kapcsolni egy soros ellenállást szintillesztés (L-pad) miatt, akkor a fenti impedanciamenetek egyszerűen feljebb tolódnak a sorba kapcsolt ellenállás értékével.

kép

A másodrendű szűrő kimenetén egy 3.3Ω-os soros jelszint csillapító ellenállással a következő generátorimpedanciát tudja szolgáltatni a hangszórónak:

kép

A szűrő fx váltási freki alatt és felett nem zérusra, hanem a soros ellenállás értékére (példánkban 3.3Ω) tart. Amennyiben az ellenállást nem a szűrő és a hangszóró közé tesszük, hanem kivisszük a szűrő elé, akkor az fx alatti részen újra zérusra tart az impedancia:

kép kép

Ez azért szerencsésebb megoldás, mert a hangszóró fs frekvenbciája is ebben az fx alatti szakaszba esik, így nem ront a soros ellenállás a hangszóró elektromos csillapításán. Azt is megfigyelhetjük a fenti modellezésen, hogy a szűrő jósága is elromlik a nem egyformán csillapított energiatárolók miatt, így nem végtelenbe tart az impedanciája fx frekvencián (a példánkban megállt kb 40Ω magasságában)

Érdemes tehát az itt fevetett gondolatokat megfontolni magashangszórók szűrőinek kigondolásakor, különösen a nem ferrózott (nagy Qms jóságú) magas és középhangszórók esetében. Ugyanakkor azt se feledjük, hogy egy erősen mechanikai csillapítására bízott esetben a hangszóró mennyire üzemstabil. Ugyanis hőmérséklet, üzemidő függvényében előfordulhatnak kisebb értékingadozások, változhat Rms (pl. a ferrofluid viszkozitásának ingadozása) és vele Qms, és változhat a felfüggesztési hajlékonyság is egy kicsit, magával rángatva fs értéket. Pontosan ezért pl. egy elsőrendű szűrővel történő fs közeli váltást még jól megferrózott alacsony Qms jóságú hangszórónál sem javaslok.