Kako dizajnirati i izraditi skretnicu zvučnika – DIY vodič s dijagramima!

Dobro došli! U ovom velikom vodiču s uputama pokazat ću vam kako možete dizajnirati i izgraditi vlastiti zvučnik crossover za kućni ili auto audio.

Napravio sam mnogo vlastitih - od osnovnih do naprednijih dizajna pa bih volio podijeliti ono što sam usput naučio. Pokrit ću prilično malo pa krenimo dalje!

Što pokriva ovaj vodič s uputama

Postoji toliko različitih tipova i varijacija tipova dizajna pasivnih skretnica da mi nije praktično sve pokriti. Da bi stvari bile upravljive i pomoglo najvećem broju ljudi (baš poput vas!), opisat ću što trebate znati za izradu jedne od nekoliko opcija koje će raditi za 95%+ potreba za sustavom zvučnika.

Kako će vam ovaj članak pomoći

Moj će članak pružiti znanje i iskustvo, dijagrame, informacije i korake za izradu uradi sam (uradi sam) zvučnik crossover za dobivanje zvuka kakav želite na temelju vlastitog iskustva iz stvarnog svijeta. Sasvim je moguće izgraditi nešto što ćete uživati ​​u korištenju i na što ćete biti ponosni bez velikih glavobolja ili bankrota!

U ovom vodiču s uputama obradit ću:

• 1-smjerni (visokotonski zvučnik ili niskopropusni visokotonac), 2-smjerni i 3-smjerni skretnice.
• Dobre vrste križanja prvog reda i drugog reda za korištenje.
• Kako odrediti graničnu frekvenciju (frekvenciju križanja) koja će vam trebati.
• Shematski dijagrami koji će vam pomoći da napravite svoj, a koje možete preuzeti ili ispisati ako želite.
• Što trebate znati o impedanciji zvučnika (ohmi zvučnika) i zašto je to važno.
• Odabir pravih dijelova za kupnju i praktičan pristup vrijednosti dijelova.
• Što učiniti ako ne možete pronaći prave vrijednosti dijelova.
• Ožičenje vaše crossover mreže i sastavljanje svega (bez potrebe za izgradnjom prilagođene tiskane ploče).
• Dodatne stvari za taj dodatni dodir i još bolje performanse.

(Slobodno preskočite neke odjeljke ako niste novi u nekim idejama ovdje.)

Napomena: Budući da ovo nije namjera biti napredniji članak, neću pokriti nekoliko tehničkih aspekata kao što su impedancija glasovne zavojnice, fazni odziv, odziv zvučnog vala izvan osi, fazni pomak ili mogućnosti dizajna 4. reda.

Kako funkcionira pasivni crossover? (Kratak vodič za početnike)

Filtar pasivne skretnice razlikuje se od aktivne skretnice (koja se koristi u dizajnu elektroničkog zvuka, pojačalima i pretpojačalima itd.) po tome što koristi pasivne komponente bez napajanja za filtriranje frekvencije dometa prije nego što stigne do zvučnika ili zvučnika. U praktičnom smislu, oni učinkovito "blokiraju" neželjene zvučne frekvencije da dopru do pogonskog sklopa zvučnika znatnim smanjenjem ili prigušivanjem ulaznog signala iz stereo uređaja ili pojačala.

To je moguće zahvaljujući svojstvu kondenzatora i induktora koje se naziva reaktancija. Reaktancija je suprotnost protoku električne struje i mijenja se s frekvencijom audio signala. Ovo stvara impedanciju signala koja kontrolira koliko je razina signala (napon razine zvučnika) prisutna na terminalima zvučnika.

Uloga kondenzatora i induktora u crossover mreža dizajn

• A kondenzator povećava svoje protivljenje protoku struje na frekvencijama ispod crossover točka . To znači da djeluje kao visokopropusni filtar kada je spojen u seriju s opterećenjem zvučnika (Ohmsko opterećenje).
• An induktor pojačava svoj otpor protoku električne energije na višim frekvencijama iznad crossover točka . To znači da djeluje kao niskopropusni filtar kada je spojen u seriju sa zvučnikom.

Upotrebe za ovo u stvarnom svijetu su izuzetno važno u kućnim audio sustavima ili audio sustavima zvučnika u automobilu:

• Možemo upotrijebiti kondenzator prave vrijednosti (ocijenjen u jedinicama koje se nazivaju faradi) kako bismo spriječili da zvuk niske frekvencije dopre do visokotonca što bi uzrokovalo izobličenje ili čak oštećenje!
• Možemo upotrijebiti induktor prave vrijednosti (ocijenjene u jedinicama koje se nazivaju Henries) kako bismo spriječili da visokofrekventni glazbeni signali dopru do niskotonca što bi zvučalo vrlo loše ili oštro.

Kondenzatori i induktori mogu se koristiti sami (jednostupanjska skretnica, koja se naziva i 1. red) ili kombinirati kako bi se napravio još učinkovitiji filtar s različitim karakteristikama. Križanja 1. reda imaju nagib križanja ili strmost/učinkovitost filtriranja, koja se smanjuje brzinom od 6 dB po oktavi.

Skretnice drugog reda, koje imaju dvije kondenzatorske ili induktorske sekcije, smanjuju svoj izlaz na 12dB po oktavi. Druga narudžba dizajni jedni su od najčešće korištenih za pasivne skretnice budući da su dobar kompromis između složenosti, cijene, strmine padine i kvalitete zvuka.

Mi koristimo decibele (dB) u inženjerskom svijetu koristimo decibele za mjerenje izlaznih razina zvučnika ili vrijednosti signala audio skretnice jer oboje nije linearno. To znači da se za zvuk povećavaju ili smanjuju na temelju potencije od 10 (poznate i kao logaritamske).

Negativan predznak ispred označava smanjenje, dok pozitivan predznak ili ništa ispred označava dobitak.

Npr.: Skretnica s nagibom od -6 dB/oktavi imat će izlaz koji je smanjen za 6 dB za svaku oktavu (prepolovljenje ili udvostručenje frekvencije:400 Hz, 800 Hz, 1600 Hz itd.) nakon granične frekvencije.

Što je točka skretanja zvučnika?

Točka skretnice zvučnika obično se naziva skretnica učestalost a ponekad se piše kao “Fc ” za predstavljanje “granične frekvencije.” A zvučnik crossover točka je granica učestalost iznad kojih se zvučne frekvencije uvelike smanjuju da dopru do zvučnika, učinkovito ih blokirajući.

U tehničkom smislu, temelji se na točki u kojoj izlaz skretnice ima gubitak od 3dB. U smislu električne energije, točka -3dB je učestalost na kojoj je snaga za zvučnik je smanjen za 1/2.

Kako prelazimo frekvenciju skretnice (točka -3dB), izlaz će se sve više smanjivati ​​i sve dok ne bude gotovo nula. Na primjer, za visokotonsku skretnicu -6dB/oktavu s prekidom na 1kHz:

• Tweeter će imati -3dB izlaz na 1kHz.
• Na udaljenosti od jedne oktave (500Hz), izlaz će biti -6dB.
• Na još udaljenijim frekvencijama izlaz će biti gotovo 0 decibela.

Odabir vrste dizajna križanja i povezanih pojedinosti

Odabir vrste križanja i nagiba

Ovdje su neke preporuke za najbolji nagib skretnice i vrste skretnice za korištenje na temelju vašeg sustava zvučnika. Imajte na umu da su oni općenito najpopularniji i rade u većini slučajeva.

• Za jednostavnu skretnicu visokotonca (visoki prolaz, za visoke tonove ili “visoke”) ili skretnicu zvučnika niskotonca ili srednjeg tona (za propuštanje niskofrekventnog signala) 1. reda, tip od 6 dB/oktavi obično je dobro. Drugi red, dizajni od 12 dB/oktavi također su izborni ako želite još oštrije filtrirati neželjene frekvencije.
• Za dvosmjerni zvučnik sustavi a Druga narudžba Linkwitz-Riley često je najbolji kompromis između kvalitete zvuka i izvedbe. Iako je prvi red jednostavan i lakši za izradu, nije idealan osim ako nemate poseban razlog za to. Još jedna prednost je da daju izlaz zvučnika u fazi kada se pravilno koriste (o tome ću govoriti kasnije).
• Za trosmjerne dizajne druga vrsta reda je u redu i također izbjegava probleme s faznim problemima i druge složenosti koje se mogu pojaviti.

Linkwitz-Riley vs Butterworth i drugi tipovi križanja 2. reda

Linkwitz-Riley dizajni jedni su od najčešće korištenih iz niza razloga – glavni je njegov ravan odziv gdje se izlazi skretnice niskotonca i visokotonca preklapaju. Drugi dizajni poput Butterwortha, Chebycheva i Bessela ne nude isti frekvencijski odziv iako nude različite količine pojačanja što može biti korisno za specifične ciljeve dizajna.

Linkwitz-Riley (L-R) crossover je odličan izbor za izgradnju standardno zvučnik dizajn sa svojim nagibom od -12 dB po oktavi i dobrim (ravnim) izlazom.

L-R skretnica drugog reda je sveprolazna konfiguracija koja daje ravnu magnitudu...

Ravni odziv magnitude, niska osjetljivost na offset i rezonancije unutarpojasnog pogona učinili su L-R popularnim izborom među proizvođačima. Vance Dickason, The Speaker Design Cookbook (7. izdanje)

Iako je to zasebna tema, L-R skretnica nije osjetljiva na rezonanciju drajvera zvučnika, što je još jedna prednost. Ako ste zainteresirani saznati više, potičem vas da nabavite primjerak knjige The Loudspeaker Design Cookbook Vancea Dickasona .

Kako pronaći vrijednosti frekvencije križanja

Dobra vijest je da postoji nekoliko načina da saznate koju frekvenciju skretnice trebate odabrati da biste sami dizajnirali i izgradili:

1. Preporuke proizvođača.
2. Frekvencijski odziv zvučnika ako je navedena specifikacija. (Nažalost nije uvijek dostupno!)
3. Opća pravila temeljena na vrsti i veličini zvučnika koje imate (visokotonci u odnosu na niskotonce, zvučnici s malom membranom u odnosu na velike zvučnike itd.).

Vjerojatno ćete na kraju upotrijebiti 2 ili više gore navedenih stvari da biste dobili najbolje rezultate.

Napomena: Također ću zasebno pokriti 3-stazne zvučnike jer su oni malo poseban slučaj. Pogledajte dolje za to.

1. Preporuke proizvođača

Ako imate sreće, vaša tvrtka za zvučnike možda je osigurala dobar frekvencijski raspon za upotrebu. Za primjer na gornjoj slici odabrali biste frekvenciju skretnice od najmanje 3,5 kHz, što je vrlo uobičajeno.

2. Grafikon ili specifikacije frekvencijskog odziva vozača

Ako ste dovoljno sretni da imate grafikon frekvencijskog odziva sa zvučnicima koje želite koristiti, možete vidjeti područja u kojima imaju loš izlaz i koristiti to kao vodič . Ovo su područja koja želite izbjegavati.

Da biste to učinili, odaberite frekvenciju skretanja izvan ovog raspona. Kada koristite 2 ili 3-smjerne postavke, ovo bi idealno trebala biti točka u kojoj drugi vozač ili drugi vozači također mogu proizvesti zvuk. Ideja je pronaći "srednju točku" u kojoj oboje mogu proizvoditi zvuk do te točke bez razmaka ili znatno slabijeg raspona izlaza.

Iz gornjeg primjera možemo vidjeti da prikazani visokotonac ima dobar izlaz negdje ispod 2 kiloHerca (2kHz). Znajući da ćemo htjeti odabrati frekvenciju skretnice koja je najmanje 2kHz ili više.

3. Veličina i vrsta zvučnika

Da biste odabrali potrebnu granicu na temelju veličine drajvera zvučnika i tipa, sljedeća su pravila korisna:

• Visokotonci koriste mali drajver koji u mnogim slučajevima ne može podnijeti bas ili srednjetonce. Većina može proizvesti zvuk od oko 3 kHz i više, tako da je visokopropusna granična frekvencija od 3 kHz ili 3,5 kHz obično odličan izbor.
• Srednjotonski zvučnik koji se koristi u 2-staznom dizajnu obično je također dobar za oko 3kHz-3,5kHz. [Za pogon srednje frekvencije u trosmjernom dizajnu pogledajte moje bilješke u nastavku.]
• Vuferi koji proizvode neke frekvencije srednjeg basa ili srednjeg tona često trebaju niskopropusni opseg od oko 120 do 250 Hz.
• Subwooferi se loše snalaze s bilo čim osim s vrlo ograničenim niskofrekventnim rasponom, tako da je 80-100Hz često najbolji. 120Hz također je primjenjivo u nekim slučajevima.

Bilješke o frekvenciji trosmjerne skretnice

Iako se možda ne čini tako, trosmjerne skretnice nisu samo jednostavno proširenje dvosmjernog dizajna. Ideja u ovom slučaju je koristiti dizajn svepropusne skretnice (APC) s velikim frekvencijskim rasponom između visoke frekvencije prolaza i frekvencije niskog prolaza.

To je zbog nepoželjnih interakcija koje se mogu dogoditi ako su preblizu. Možete upotrijebiti moju tablicu u nastavku ili ovo opće pravilo temeljeno na omjeru rezanja visokog prolaza (Fh ) i niskopropusni rez (Fl ):

Dobar trosmjerni crossover omjer: Fh/Fl =8 ili više.

Neke sjajne trosmjerne frekvencije skretanja koje možete koristiti su:

• 3kHz/375Hz
• 5kHz/625Hz
• 6kHz/750Hz

Da biste upotrijebili gornji omjer 1:8, odaberite gornju frekvenciju i podijelite je s 8 da biste dobili drugu. Isto tako, možete odabrati nižu frekvenciju i pomnožiti je s 8 kako biste dobili dobru gornju graničnu frekvenciju.

Imajte na umu da 3-stazni dizajni imaju izlaz srednjeg tona s višom ili nižom razinom dB. U ovom slučaju, 3-stazni dizajn ima pojačanje od 2,45 dB u usporedbi s visokotoncem i niskotoncem, što je prilično malo.

Općenito govoreći, što su dvije križne točke udaljenije, bolji će biti kombinirani odziv pokretača (tri oktave je dobra polazna točka).

Križne točke bliže jedna drugoj od idealne tri oktave patit će od kompliciranih neželjenih uzoraka smetnji. Vance Dickason

Dizajniranje sklopa skretnice i pronalaženje vrijednosti dijelova

Nakon što dobijete sljedeće:

• Vrsta križanja koja vam je potrebna.
• Frekvencije križanja.
• Vaši zvučnici i njihova impedancija (Omska ocjena zvučnika).

...možete se baciti na posao! Dobra vijest je da neće biti teško - ne morate sami računati, osim ako to ne želite. Možete koristiti moju zvučnik crossover kalkulator kako bismo vam dali vrijednosti dijelova koje trebate.

PROČITAJ VIŠE »

Korištenje crossover kalkulatora

Prilično je razumljivo samo po sebi, ali ne brinite jer sam dao upute na stranici kalkulatora. Unesite svoje vrijednosti i odabire za:

• Vrsta križanja (prikazat će se dijagram da se to pojasni).
• Upotrijebljene impedancije zvučnika.
• Frekvencija/frekvencije križanja po potrebi.

Zapišite ili spremite vrijednosti, bilo na shemama ispod ili negdje drugdje gdje ih možete pronaći.

DIJAGRAMI – sheme križanja mreže za ispis i upotrebu

Kliknite ovdje da biste pogledali ili ispisali sheme skretnice za izradu vašeg DIY skretnice. Na ispisu je osiguran prostor za zapisivanje vaših izračunatih dijelova ako želite.

Sastavljanje vaših dijelova

Kupnja crossover komponenti

Trebat će vam najmanje sljedeće vrste komponenti crossovera:

• Elektrolitički nepolarizirani (bipolarni) kondenzatori s dovoljnim nazivnim naponom. To je općenito oko 48 V ili više.
• Induktori sa zračnom jezgrom, iako su tipovi feritne bobine (feritne jezgre) također dobri, ali nisu potrebni.

Kondenzatori se ocjenjuju u jedinicama koje se nazivaju Farad i obično se prodaju u "mikroFarad", koji se ponekad piše i s grčkim simbolom Mu (µF, 1/1.000.000 Farada) ili s malim " u” (uF). Induktori se mjere u Henrijima i obično se prodaju u miliHenrijima (1/1000 Henryja) zapisani kao "mH".

Bipolarni u odnosu na polarizirane kondenzatore

Polarizirani kondenzatori najčešći su tip, ali neće raditi za audio upotrebu - MORATE koristiti nepolarizirane tipove. To je zato što 1) ne mogu podnijeti napon izmjenične struje (AC) koji preokreće i 2) mogu iskriviti zvuk pa čak i pokvariti. Nepolarizirani kondenzatori omogućuju dobar prolaz električnog glazbenog signala.

Bipolarni ("BP", nepolarizirani) kondenzatori obično su označeni kao takvi, dok polarizirani tipovi imaju jednu stranu s trakom koja označava negativnu vezu.

Ocjene napona kondenzatora

Kondenzatori ne mogu podnijeti primijenjeni napon koji je tamo maksimalne vrijednosti. 48 V ili više dobro je pravilo, iako možete sami izračunati minimalnu vrijednost pomoću Ohmovog zakona ako znate RMS snagu pojačala na sljedeći način:

V (volti) =kvadratni korijen (snaga x ohmi zvučnika)

Na primjer, pojačalo s 50 W po kanalu na zvučnik od 8 ohma imat će izlazni napon od oko kvadratnog korijena (50 x 8) =20V. Viši napon bi bio u redu, ali ne želimo ići ispod 20 V. Koristili bismo sljedeći najveći ocijenjeni dio koji nađemo ili viši.

Tolerancije vrijednosti dijela (zašto ne tražiti "savršene" vrijednosti)

Electrolytic capacitors and air core inductors have a tolerance of about plus or minus 20% of their labeled value (+/-20%). More expensive parts may have 10% or lower tolerance which is nice but not really necessary.

I say this to help get the point across that:

• No capacitor or inductor will have a perfect value – they vary slightly from their rated value.
• You don’t need an exact value, but rather the goal is to get it pretty close to the value you need.
• Inductors, capacitors, and resistors are sold in standardized values and you’ll almost never find the EXACT value. In many cases it’s not stocked by a supplier and not worth the time trying to search and search for it.

For example, a capacitor labeled as 4.7 uF (4.7 microFarad) may have an actual of around 3.76 to 5.64 uF when measured with test equipment. (It’ll probably be around 4 to 5uF but you see what I mean). The same is true for inductors too.

In that case, you’d buy a 4.7uF one if it’s reasonably easy to get but if not, the good news is there’s another way.

TIP:How to get the part values you need if you can’t find them

There’s a simple way to handle not finding the exact part values you need. The trick is to use multiple crossover components in such a way that they add up close to what you’re after.

• Inductance adds when they’re connected in series and divides when wire in parallel.
• Capacitance adds (sums) when they’re wired in parallel. The total capacitance divides when connected in series.

This means you can use spare parts or buy other parts of different values that are available to accomplish the same thing!

Miscellaneous parts you’ll need

I can’t recommend enough being prepared. Here’s a general list of what you’ll need to build and encase your passive speaker crossovers:

• Project enclosure (if not being mounted directly inside a speaker cabinet), ideally made of ABS plastic.
• [Optional] Breadboard or other flat material for a mounting surface.
• Speaker wire or miscellaneous wire for connecting the components to each other and wire terminals.
• Sandpaper or metal file to remove insulating enamel from inductor wire ends.
• Wire terminals:I use a dual row inline wire terminal strip as they’re relatively easy to get, not expensive, and can be mounted with screws.
• Adhesive to mount your parts:General adhesive, silicone-based adhesive, or a hot glue stick and a hot glue gun (although not recommended for hot areas).
• [Optional] Labels:Clear Scotch tape or shipping tape and white paper + permanent marker or black &white printer.
• Typical hand tools:cutting pliers or needle nose pliers, Philips screwdriver, and others as needed.

TIP: When shopping for a project enclosure, be aware that the screw thread columns take up some of the internal space. You may need to buy a slightly larger size if the space is too tight.

I recommend always checking how much room you’ll need based on the size of your capacitors and inductors.

DIAGRAM – How to build your speaker crossover

Prepare the crossover circuit &components for assembly

Once you’ve got your parts and the schematic it’s time to jump right in! To build your crossovers, I recommend doing the following:

• Place the capacitors and inductors in the project box in order to figure out the best placement before you start building. Sometimes space is tight and you don’t want problems when you’re already in the middle of building the crossover network circuitry.
• If you’re using a mounting board or perfboard, etc., measure between the cover screw columns. This is important because many plastic project enclosures have screw bases that take up space on the inside. Cut your board as needed to fit this area.
• Although it can be possible to find a single-row wire terminal strip they’re hard to get. I recommend using a dual row strip as they’re affordable and much easier to find.
• With the top on the box, place the terminal strip slightly below the top to leave enough room for wiring to exit below the cover when it’s on. Using a permanent marker or knife, mark the area above it and cut that section of plastic out.

Mounting &connecting your components

• I recommend using a non-permanent adhesive like hot glue and a hot glue gun, silicone sealant, contact adhesive, Gorilla Glue, etc. to mount the parts. This way you can remove them later if you need to modify the design or reuse parts.
• For warmer temperatures hot glue really isn’t so great. Hot glue can become detached from the mounting surface in warm temperatures and doesn’t stick well to smooth surfaces like ABS plastic, either. For that reason I don’t recommend it in most cases.
• Inductors use magnet type wire which has an enamel insulator you’ll need to remove with coarse sandpaper, a file, or Dremel tool. In order to solder the wire ends, you’ll need to expose the wire surface and provide a good clean contact area.
• You can use spare speaker wire or miscellaneous stranded hookup wire to connect the components together.

You can also use crimp connectors instead of a soldering iron and solder, although I personally recommend soldering for the best connection possible.

Going by the crossover schematic, connect each section to the next and double-check your work.

Proper placement of inductors

Inductors, as you may already know, work by increasing the magnetic field strength using loops of wire. Because of this it’s possible for one to cause magnetic coupling (interference) which can induce a signal or distortion in another.

To avoid this, if at all possible mount them at a 90° difference as shown in the diagram above or a minimum of about 3 inches. I begin by placing them at opposite corners of the box when building mine.

Putting it in a project enclosure

Once you’ve got the crossover circuit built, place the whole assembly in the box and use a bit of adhesive to hold it inside if you like (optional). Connect the amp side wiring, negative side wiring, and speaker output wires to the terminal strip on the top row.

This will leave the bottom row free for speaker connections.

Speaker terminals and tweeter polarity

Second order networks have an output signal phase difference of 180 degrees. Fortunately, unlike odd-order designs (1st order or 3rd order) we can get a perfectly in phase (0° difference) sound output easily.

To do this with second order networks:

• 2-way speaker systems: reverse the tweeter output crossover connections at the wire terminals and connect the tweeter like you normally would. This puts the tweeter back in phase with the woofer / bass driver.
• 3-way speaker systems: reverse the midrange polarity to the wire terminals for the crossover.

[Optional] Adding speaker wiring labels

Want to add an extra touch? You can easily make your own labels for your speaker and amplifier input connections. Personally, I recommend the following steps:

• Using copier or printer paper, write your connection label notes using a Sharpie permanent marker. Optionally you can print using a black and white printer (although it’s harder to get text lined up perfectly).
• Cut out the labels using scissors.
• Using clear tape such as large shipping tape, place the tape over the label and trim with scissors if needed.
• Apply the label to the project box.

Example of a finished DIY speaker crossover

Here’s an example of my own – one of my first DIY crossovers projects I built myself. As you can see it doesn’t have to be perfect – but does need to be well-connected, use the right parts, and be put together in a way that’s practical for everyday use.

Note that if you’re installing yours directly in a speaker enclosure it’s not necessary to use a project box, but the rest of the steps should still apply.

Hopefully you’ve found my guide helpful. Here’s to enjoying good sound the way you like it – and proving you can do it yourself!

More helpful crossover resources you’ll enjoy

• Check out my L-pad, speaker Ohms, and other audio calculators here.
• Learn more details about what capacitors and inductors do in a crossover.
• Here’s a lot more helpful info about what a crossover frequency is.
• What more knowledge? Here I cover how to determine the speaker crossover frequency.
• The crossover frequency Fc, slopes, and why they matter.
• Find out a good crossover frequency for car or home audio.