Az elektrodinamikus hangszóró és hangsugárzó villamos helyettesítő képe és modellezése

5. rész: Band-pass hangdobozok modellezése

Negyed rendű band-pass doboz

kép

Ha egy bassz-reflex doboz hangszóróját leburkoljuk egy zárt légtérrel, hogy csak a reflex csövön tudjon sugározni, akkor gyakorlatilag eljutunk az un. 4-ed rendű band-pass hangdobozhoz:

kép

Emlékezzünk vissza az előző oldalon a bass-reflex doboz egyik diagrammjára:

kép

Itt lilával látjuk csak a reflexcsőnek az átvitelét. Ha ennek nem kell fb alatt keverednie a membrán jelével, akkor nem lesz kioltás (ugye a kék eredő átvitel fb alatt kisebb mint a csőé, mert itt már ellenfázisban közelíti a 180 fokot a hangszóró és a cső fáziskülönbsége). A 4-ed rendű band-pass doboznál lényegében ehhez hasonló átvitelt kapunk, fb alatt és felett 12dB/oktávval eső frekvenciafüggvénnyel. A fenti karakterisztika amúgy nem lenne jó, túl csúcsos, túl keskeny sávban szólna a hangsugárzó. A szélesebb sávú átvitelt úgy érhető el, hogy olyan elektromos jóságú hangszórót kell választani, amivel a hegyes csúcs már belaposodik, esetleg kicsit be is horpadhat. (kétpúpú átvitel)

kép

Lényegében az elektromos oldali csillapítás állítja be a horpadást (minél nagyobb Qe annál horpadtabb lesz), és a mechanikai (ami valójában akusztikai - csillapítóanyag a dobozban) állítja a két szélső púp nagyságát. Termésteresen a dobozméret és hangolás is hatással van erre, bár ilyenkor nem a rezisztív csillapítás változik, hanem az energiatárolók, de mint tudjuk, a csillapítás a rezisztív (veszteséges) és tömeg/rugó energiatárolók (reaktív) elemek egyfajta arányából fakad.

Ha megnézzük ennek a konstrukciónak a koncepcionális modelljét, akkor azt látjuk, hogy a zárt kamra légrugóját össze lehet vonni a hangszóró felfüggesztésével. Ezt akár meg is tehetnénk, de mivel úgyis géppel modellezünk, a jobb átláthatóság és a kevesebb egyenlet miatt ettől eltekintünk.

kép

A 4-ed rendű band-pass doboz Qucs helyettesítő modelljén látjuk hogy nem sokban tér el a sima bass-reflextől:

kép

A változás, hogy beépült a modellbe L3 tekerccsel a másik (zárt) dobozrész, és itt már ketté kell bontani a két kamra részeit, így a zárté az 1.-es a reflexcsöves a 2.-es indexet viseli. Vb1, Vb2 a két dobozrész nettó térfogata, Fb2 a 2.-es kamra hangolási frekvenciája, ill az ezekből számított Cvb1, Cvb2 és Mport2 változók az újdonságok. A másik változás, hogy az a gyorsulás függvénybe már csak a reflex jele szerepel, de az itt már pozitív előjellel. A membránsebesség jelet a modellben továbbra is mérni kell v változóval, ugyanis bár a kimenet számításához nem használjuk fel, de a membránkitérést ki kell számítani.

A hangszórónak kerestem egy elfogadható hangolást, ez 3 és 5 literben 90Hz-es hangolással jött ki, sajnos nem a legjobb, de ez a hangszóró nem is igazán jó 4-ed rendű band-pass dobozba. Ezekkel a paraméterekkel a következőt szimulálta a saját Qucs modell: LETÖLTÉS

kép

...és a WinISD:LETÖLTÉS

kép

A band-pass doboz veszteségeit figyelembe vevő koncepcionális rajz a következő:

kép

A következő veszteségek ill hozzájuk kapcsolódó jósági tényezők vannak a rendszerben:

  • Ql1, Ql2 - a két kamra külön-külön rendelkezik dobozjósággal
  • Qa1, Qa2 - a kamrák abszorpciós vesztesége
  • Qp2 - a reflexcső vesztesége
  • Qicl - a két kamra közti dobozjóság (szivárgás)

Ezeket a jóságokat a WinISD súgójában található helyettesítő rajz alapján vettem fel, ugyan olyan hatású kapcsolásban. Ami újdonság, az a Qicl jóság, ami inkább ténylegesen szivárgási veszteség, mint "dobozmerevségi" jóság, valószínű hogy a valós rendszerekben nagyon csekély mértékű hatása van, ha rendes dobozt fabrikálunk. Amivel komolyan lehet játszani az a két abszorpciós jóság, esetleg a csőjóság ha azt valamiért csillapítani kell, bár a 4-ed rendű band-pass jól tűri az elektromosan gyengébb, zárt dobozos hangszórókat. A fenti koncepcionális modell villamos helyettesítő modellje a következő

kép

Itt az egyszerűség végett rövidzárral inaktív állapotba hozott Ql1,Ql2 és Qicl elemekkel modellezünk (zölddel áthúzott). Lehet kísérletezni a jóságok változtatásával, de érdemesebb ezt egy hangdoboztervezővel, ami korrektebben modellezi a veszteségeket.

Hatod rendű párhuzamos band-pass doboz

kép

Ha mindkét kamrát ellátjuk reflexcsővel, akkor a hangszóró membránjának mindkét oldalán egy-egy Helmholtz rezonátort hajtunk meg. A dolog lényege, hogy a két rezonátor egymáshoz képest kissé elhangolva (kb 0,5-1 oktáv) rezonál, és bár a hangszóró az egyiket ellenfázisban hajtja meg, jó hangolás esetén a két rezonancia között mégsem szakad be a rezonátorok fázistolása miatt. A 6-od rendű band-pass koncepcionális modelljét nem teszem be, csupán a hangdobozt mutatja a következő ábra:

kép

Veszteségeket is figyelembe vevő villamos helyettesítő modellje Qucs-ban pedig a következő:

kép

Az előző 4-ed rendű BP dobozhoz képest csak egy újabb tömeget helyettesítő kondi és annak súrlódásos veszteségét modellező ellenállás került be a modellbe az eredetileg zárt kamra ágába. Veszteségeket teljesen kiiktatva (a piros áthúzás kiktat szakadással) és futtatva a szimulációt a következő eredményt hozza a modell: LETÖLTÉS

kép

...és a WinISD:LETÖLTÉS

kép

A 6-od rendű BP dobozt sokféleképpen be lehet hangolni, akár rá is emelhet a hangszóró normál-érzékenységére, ezáltal hatásfokot javít, de akár el is vehet belőle és ekkor főleg mélyátvitelre javít. Másik érdekessége, hogy 2 ponton is (a két fb-n) visszafogja a membránkitérést, így elég széles frekvenciahatárok közt (gyakorlatilag a teljes üzemi frekvenciatartományán) nagyon kellemesen alacsony membránkitéréssel üzemel, a rendszer ezáltal mechanikailag igen jól terhelhető. Emiatt a kedvező tulajdonsága miatt nagyon jól szoktak szerepelni PA rendszerekben. Igaz, az alsó hangolási freki alatt a kitérés itt is felszökik a free-air közeli szintre, akár csak a bassz-reflexnél. Erős, reflexbe való és már-már a reflexen túlmutató alacsony Qts, magas EBP paraméterrel rendelkező hangszóró használható jól hozzá.

A továbbiakban nézzük meg részletesebben miből is áll a kimenőjele ennek a konstrukciónak! Lényegében itt most a két reflexjel különbsége teszi ki:

kép

A felső ábrán a két cső és az eredő kimenőjel látható egymáson. Jól kivehető, hogy csak a két hangolási freki között van az eredő a részjelek felett, vagyis csak itt erősítik egymás jelét a csövek. Ezen a tartományon kívül, pedig egymás ellen dolgoznak, kioltják egymást. A 2. és 3. grafikonon a két cső jele fázisukkal látszik. A középső ábrán az magasabbra hangolt 1-es rezonátor jele látható, ez fb1-en (90Hz) rezonál, fb2-őn (45Hz) lyukas, mivel a másik rezonátor itt megfogja a membránkitérést. Ugyanitt 180 fokos ugrás látható a fázisfüggvényén, szintén a másik rezonátor miatt. Az alsó ábrán a 45Hz-re hangolt 2-es rezonátor jele, a másik cső rezonanciáján (90Hz) itt is 180 fokos fázisugrás látható. Megjegyzendő, hogy fb2-nél csak átfordul a 180 fokon, itt nincs benne meredek ugrás. A két fázismetet nézve itt is látszik, hogy csak a két hangolási frekvencia között egyezik, (azonos 180…0° együttfutás mindkét rezonátornál), különbségük itt mindenhol 0, az amplitúdók emiatt szépen összegződnek. Ha leolvassuk a grafikonokról az átvitel eséseit, azt láthatjuk, hogy az alsó határfrekvencia alatt 24dB/oktáv, míg a felső határfrekvencia felett csupán 12dB/oktáv.

Hatod rendű soros band-pass doboz

kép

Ebben a konstrukcióban az egyik hangolócső bekerült a hangszóró mellé a két kamra közé és csak egy mutat kifelé a dobozból. Így a két Helmholtz-rezonátor most sorosan kapcsolódik. A 2. kamrát a hangszóró és a belső cső együttesen gerjeszti, a kamra Ca akusztikai engedékenysége közös nyomásra fűzi őket. Modellezés szintjén ez annyit jelent, hogy a belső csövet és a hangszórót a villamos helyettesítőben sorosan kell venni és a 2. kamra pneumatikus elemeit ehhez párhuzamosan. A rajzon így megcserélődött a doboz pneumatikus hajlékonyságát helyettesítő L3 tekercs és a reflexcső pneumatikus tömegét helyettesítő C3 kapacitás. (Ennek okairól részletesebben a Variációk hangszórókra cikkben olvashatsz!)

A hangdoboz Qucs szimulációja: LETÖLTÉS

kép kép

Ezt a dobozt méretezni-modellezni a gyakorlatban sokkal macerásabb mint a párhuzamos társát, ritka is ez a fajta konstrukció. Sok dolgot így nem érdemes hozzátenni, megemlítés szintjén került be a sorba. Mivel a WinISD ezt a dobozfajtát nem ismeri, BassBox6-ban készítettem referencia szimulációt: LETÖLTÉS

kép

Megjegyezném, hogy a BB6 sajnos hibásan (de legalább is érthetetlenül) számolja a membránkitérést. Ha a többi szoftverrel összhangban álló kitérést akarunk kapni, ahhoz át kell állítani a kitérés grafikon paraméterét W-ból V-ba az Edit/ Preference menüpont Grapf fülön. Ekkor a kitérés grafikon jobb felső sarkában nem teljesítményt adhatunk meg paraméterként, hanem feszültséget, mely csúcsban értendő. Ez a legegyszerűbben a √(2*Pn*Re) képlet alapján számolhatjuk ki, mely a mi 35W hangszórónk esetében √(70*5.93)=20.37V csúcs.

Kép betöltése…
Bezár