Što kondenzator ili induktor rade u skretnici zvučnika?

Malo sam zbunjen oko toga točno kondenzatori ili induktori učiniti u skretnici zvučnika? Došli ste na pravo mjesto!

U ovom članku, sve je ovdje zajedno s jasnim i lako razumljivim dijagramima koje sam sam napravio. Volio bih vam pomoći da naučite više i razumijete više o ovim iznimno korisnim audio dijelovima. Čitajte dalje i uživajte!

Induktori naspram kondenzatora – po čemu se razlikuju?

Induktori i kondenzatori su osnovne komponente iza svih vrsta prekrasne audio elektronike uključujući sustave zvučnika kod kuće ili u automobilu. Svaka se smatra pasivnom komponentom vrstu dijelova jer im nije potrebno napajanje da bi funkcionirali.

Ono što je stvarno super je to što su donekle poput polarnih suprotnosti, ali mogu raditi zajedno u skretnici bez napajanja (pasivna skretnica) kako bi uvelike poboljšali kvalitetu zvuka i izvukli maksimum iz svojih zvučnika.

Čemu služi induktor?

Induktor je čvrsto namotana zavojnica žice s određenim brojem petlji koja se koristi za iskorištavanje svojstva koje se zove induktivnost. Induktivitet je težnja vodiča (u ovom slučaju točnije svitka žice) da se suprotstavi promjeni električne struje koja kroz njega teče zbog magnetskih polja koja stvara.

Koriste se u električnim motorima, solenoidima, zavojnicama svjećica i, naravno, dizajnu skretnica zvučnika. Induktori se ponašaju suprotno od kondenzatora:induktor se suprotstavlja visokofrekventnim signalima što znači da lakše propušta niskofrekventne audio signale.

Električno ponašanje koje se naziva reaktanc e je ono što ovo čini mogućim. Kad se frekvencija promijeni, mijenja se i otpor induktora ili kondenzatora protoku električne energije.

• Induktivna reaktancija: Induktor stvara veći otpor (impedanciju) struji kako se frekvencija povećava zbog induktiviteta koji ima.
• Kapacitivna reaktancija: kondenzator stvara veći otpor (impedanciju) struji kako se frekvencija smanjuje zbog svoje kapacitivnosti.

Mjerne jedinice za induktivitet

Za induktore, mjerna jedinica je Henry. Prema dogovoru, induktori se obično prodaju u jedinicama miliHenrija (1/1000-ti dio Henrija ili 0,001 Henrija). Tipična skretnica zvučnika može koristiti induktor s vrijednošću od 10 mH, na primjer.

Kako radi kondenzator?

Kondenzatori pohranjuju električni naboj pomoću iznimno tankih i čvrsto namotanih električnih vodiča odvojenih izolatorom. To može biti elektrolit, liskun ili nekoliko drugih vrsta materijala. Iako ne dopuštaju prolaz signala istosmjerne struje (DC), oni dopuštaju prolaz napona i signala izmjenične struje (AC).

Imaju zanimljivu karakteristiku:kondenzatori propuštaju samo visoke frekvencije – povećavaju svoju impedanciju (otpor temeljen na frekvenciji) kada se primjenjuju niže frekvencije.

Točka u kojoj se to događa pažljivo je odabrana kao frekvencija križanja. Postoje dvije osnovne vrste kondenzatora, a jedan se posebno koristi za zvuk.

Mjerne jedinice za kapacitet

Za kondenzatore, mjerna jedinica je Farad. Prema konvenciji, kondenzatori se često prodaju u jedinicama mikrofarada (1/1,000,000 dio farada, ili 0,000 001 F), koji se ponekad pišu grčkim slovom mu "µ" za predstavljanje "mikro". Na primjer, kad kupujete kondenzatore za vlastite skretnice, ponekad ćete vidjeti kondenzatore navedene u "µF".

Manji mogu koristiti picoFarade (pF) ili nanoFarade (nF) koji su još manji i koriste se u elektronici.

Kondenzatori koji se koriste u zvuku gotovo uvijek imaju tendenciju da budu u rasponu mikrofarada. Na primjer, blokator basa za visokotonac može koristiti kondenzator od 47 µF.

Uobičajene vrste kondenzatora koje treba znati

1. Elektrolitički kondenzator

Elektrolitički kondenzatori su u biti najčešći i najpristupačniji tip, otuda i njihova popularnost u svim vrstama elektronike i primjena zvučnika. Često ćete ih pronaći u pasivnoj skretnici ili izravno spojene na visokotonac kao visokopropusnu skretnicu.

Imaju tanko metalno kućište i sadrže elektrolit između supertankih nabijenih vodljivih ploča iznutra.

Nepolarizirani elektrolitski kondenzator omogućuje propuštanje valnog oblika izmjenične struje (AC) poput onog koji se koristi za glazbeni signal. Također se nazivaju "bipolarni" kondenzatori. DC tipovi, s druge strane, ne mogu se i trebaju koristiti samo za istosmjernu struju kao u napajanju.

Napomena: nepolarizirani kondenzatori obično su označeni kao takvi i to su jedine vrste koje biste trebali koristiti za audio. Polarizirani kondenzatori mogu se oštetiti (pa čak i eksplodirati!) ako se koriste za audio aplikacije. U najmanju ruku ćete imati iskrivljen zvuk koji ćete mrziti.

2. Filmski kondenzator

Filmski kondenzator koristi tanki filmski materijal za odvajanje nabijenih ploča i obično je malo skuplji. Također su dugovječniji, imaju bolje performanse (u nekim slučajevima) za zvuk i mogu imati viša ograničenja temperature.

Filmski kondenzatori također se nude u visokonaponskim tipovima koji su odlični za audio dizajne vakuumske cijevi. Također su dobra nadogradnja za jeftinije elektrolitske kondenzatore ako ste spremni s lemilom.

3. Keramički kondenzatori

Keramički kondenzatori obično se ne koriste u skretnicama jer su njihove vrijednosti kapaciteta obično prilično male (u rasponu picoFarad, na primjer), dok su nam često potrebne vrijednosti raspona mikroFarada za zvučnike.

Obično se koriste u druge svrhe, kao što je premosni kondenzator u napajanju za kontrolu šuma električnog signala ili u aktivnoj skretnici.

Kako radi skretnica zvučnika?

Skretnica koristi kondenzator, induktor ili oboje za ograničavanje frekvencijskog raspona zvuka koji se šalje jednom ili više zvučnika. Ovo je izuzetno korisno za sprječavanje da bas frekvencije dopru do visokotonca ili da grubi srednjetonci i visoki tonovi dođu do subwoofera.

Točku križanja često preporučuje proizvođač zvučnika ili je odabire kao dobar kompromis između granica frekvencijskog odziva svakog korištenog zvučnika. Na frekvenciju filtra (koja se ponekad naziva i kutna frekvencija ili Fc) izravno utječe impedancija zvučnika.

Objašnjenje križnih nagiba

Kada govorimo o "poretku" unakrsne mreže, mislimo na broj stupnjeva (odjeljaka). To utječe na to koliko je učinkovit nagib – sposobnost filtriranja zvuka.

Dizajn 1. reda koristi jedan induktor ili kondenzator dok 2 čine 2. red, tri 3. red itd. Svaki stupanj (redoslijed) ima nagib od -6dB po oktavi, pri čemu je -12dB/oktavi jedan od najčešće korištenih za skretnice zvučnika ili pojačala.

Skretnica 1. reda s kondenzatorom (visokopropusni filtar)

Visokopropusni filtar radi tako što propušta više frekvencije do zvučnika i suprotstavlja niže frekvencije. Na nižim frekvencijama impedancija kondenzatora ima vrlo visoku vrijednost Ohma, što uvelike smanjuje izlazni napon za zvučnik.

Isto tako, suprotno je istinito na visokim frekvencijama. Često ćete ih naći instalirane na audio visokotoncu u automobilu ili kući postavljenom da blokira reprodukciju izobličenog i potencijalno štetnog basa.

Skretnica 1. reda s induktorom (niskopropusni filtar)

Niskopropusni filtar funkcionira tako da blokira više frekvencije do zvučnika i dopušta prolaz nižim frekvencijama. Na višim frekvencijama, impedancija induktora znači da ima vrlo visoku vrijednost oma, što uvelike smanjuje izlaz zvučnika.

Ova se vrsta obično koristi s niskotoncem ili zvučnikom srednjeg tona kako bi se spriječilo reproduciranje visokih ili "visokih tonova" koje ne mogu dobro proizvesti.

Dvosmjerne skretnice 2. reda s kondenzatorima i induktorima

Kako rade

Dvosmjerna mreža skretnica zvučnika 2. reda u biti je visokopropusni i niskopropusni skretni filtar kombiniran paralelno.

Međutim, budući da dodaju drugi stupanj (filtar 2. reda, -12 dB/oktava), bolje su izvedbe od jednostavnog dizajna 1. reda. Oni su također najčešći tip, koriste woofer i visokotonac za stvaranje 2-staznog sustava zvučnika za kućne audio zvučnike ili komponentni set zvučnika za auto audio.

Čak i jeftini dvosmjerni setovi komponenti 2. reda mogu zvučati izvrsno sa drajverima zvučnika pristojne kvalitete i odgovarajućeg dizajna.

Zbog točke preklapanja na njihovoj graničnoj frekvenciji, stvari mogu postati malo kompliciranije kada se radi o dvosmjernim skretnicama, što ću objasniti u nastavku.

Kako radi:

• Kondenzator C1 smanjuje izlazni napon visokotonca ispod granične točke. Induktor L1 još više smanjuje visokofrekventne signale koji su doprli do njega prosljeđujući ih na povratni put pojačala uzemljenje/negativan (-).
• Induktor L2 smanjuje izlazni napon do niskotonca iznad točke prekida, propuštajući signale niske frekvencije do zvučnika. Kondenzator C2 propušta dodatne visokofrekventne signale koji su do njega stigli do povratne staze pojačala uzemljenja/negativnog (-).

Krajnji rezultat su dva stupnja skretnice koji su raspoređeni u nizu, što znači da se spajaju zajedno za nagib skretnice koji je 2x učinkovitiji od dizajna s jednim stupnjem (-6dB/oktava). Ovo je nagib od -12dB/oktavi.

Zašto se koriste skretnice 1. reda ako su one 2. reda bolje?

Dok su unakrsne mreže 1. reda sada manje uobičajene, još uvijek postoje. Često ćete ih pronaći u:

• Povoljni 2-stazni zvučnički sustavi kabineta
• Dizajni u kojima se prirodno okretanje zvučnika (padajući frekvencijski odziv) može koristiti za smanjenje komponenti potrebnih za postizanje istog učinka.
• Jednostavne umetnute skretnice zvučnika kao što su blokatori basa za upotrebu stereo uređaja u automobilu i srodne aplikacije gdje je nešto brzo i jednostavno idealno.

Međutim, općenito govoreći, skretnice od 12 dB/oktavi su najpopularnije jer su dobar kompromis između cijene, broja dijelova i složenosti. Zapravo, pojačala za automobile i kućni AV prijemnici obično koriste dizajn od 12 dB/oktavi (12 dB/oktavi) čak iu svojim elektroničkim aktivnim skretnicama.

Vrste dizajna križanja

Postoji niz mogućih dizajna križnih mreža koje bi dizajner mogao odabrati, ali nekoliko se preferira u odnosu na druge:

• Butterworth: U svojoj standardnoj konfiguraciji, Butterworthov dizajn iznosi +3dB pri preklapanju granične frekvencije. To može biti zgodno za razne potrebe dizajna kao što je računanje pomaka različitih zvučnika zvučnika (razmak između zvučnika na njihovoj središnjoj akustičkoj točki).
• Linkwitz-Riley: Ovaj tip daje ravnomjerni (0 dB) izlaz na preklapanju frekvencije skretnice i jedan je od najčešće korištenih. To je idealan izbor u većini slučajeva.
• Bessel: Besselov dizajn ne smatra se "sveprolaznim" kao Linkwitz-Rileyev i ne zbraja se na frekvencijskoj točki.
• Čebišev: Ne koristi se često, ali može biti od pomoći kada postoji potreba za pojačanim izlazom na točki skretnice jer Chebyshev daje zbroj od +6 dB.

Zašto je ovo važno? Obično, prosječnoj osobi to nije mnogo važno. Međutim, ako ste zainteresirani za izradu vlastite skretnice zvučnika, korisno je razumjeti moguće opcije.

Svaka vrsta križne mreže koristi nešto drugačiju matematičku formulu za izračunavanje vrijednosti dijelova koji će vam trebati. U svim slučajevima, dobra knjiga o dizajnu zvučnika može vam pomoći da to učinite sami ako ste zainteresirani za najbolju izvedbu ili ako ste zainteresirani za "uradi sam" (uradi sam) projekte zvučnika.

Želite li naučiti naprednije vještine dizajniranja zvučnika ili izraditi vlastite skretnice? Toplo preporučujem Loudspeaker Design Cookbook od Vancea Dickasona. Pun je izvrsnih informacija!

Naknadne skretnice za kućne ili automobilske zvučnike općenito koriste Linkwitz-Rileyjev dizajn i zbrajaju do razine od 0 dB na njihovoj točki skretnice. Jedan od razloga je taj što se pretpostavlja da će zvučnici koje koristite imati odgovarajući izlaz blizu te točke. Ako to nije slučaj, možete sami istražiti naprednije dizajne i kompenzirati slabosti određenog zvučnika.

Zabrinutost u fazi križanja

Skretnice imaju još jedan problem s kojim se moraju boriti:svaka pojedinačna komponenta skretnice dodaje fazu od 90° (pomak) signalu koji se šalje zvučniku. Kondenzatori i induktori imaju "fazni pomak" kada signal prolazi kroz njih.

Za jednostavne jednostupanjske skretnice, to zapravo nije zabrinjavajuće jer nije nešto što ćete vrlo vjerojatno primijetiti, iako je to detalj za naprednije dizajne zvučnika. Međutim, za dizajne drugog reda to znači da postoji razlika od 180° između dva izlaza, što često rezultira "čudnim" zvukom i također znači da zvuk ne dolazi do ušiju slušatelja u isto vrijeme.

Kako bi se to popravilo, skretnice 2. reda/parnog reda obično imaju obrnuti izlaz visokotonca. Ovo preokretanje izlaza jednog zvučnika znači da su oba zvučnika "u fazi" i više nema problema s kašnjenjem zvuka. Ako ste ikada kupili dvosistemske skretnice za zvučnike, vjerojatno niste ni znali da su namjerno tako dizajnirane!

Što je crossover Zobel mreža?

Zobel mreža je mreža za izjednačavanje impedancije koja se koristi za kompenzaciju porasta impedancije zvučnika preko frekvencijskog raspona zbog induktivnosti glasovne zavojnice. Na primjer, mnogi zvučnici s glasovnom zavojnicom obično pokazuju porast ukupne impedancije kako se frekvencija povećava. To možete vidjeti na grafikonima impedancije iscrtanim za zvučnike.

Budući da na ponašanje skretnice izravno utječe impedancija, ovaj jednostavan dizajn može poboljšati performanse sustava zvučnika kompenziranjem i "izjednačavanjem" normalnog porasta ohma opterećenja zvučnika koje skretnica doživljava.

Mreža koristi jednostavnu RC (otpornik-kondenzator) mrežu paralelno s drajverom zvučnika za kompenzaciju impedancije, što rezultira gotovo ravnom impedancijom skretnice u rasponu frekvencijskog odziva.

Otpornik osigurava da je minimalna ukupna impedancija uvijek zadovoljena, dok kondenzator radi na smanjenju ukupnog ohmskog opterećenja skretnice kako frekvencija raste.

Još sjajnih članaka o skretnicama i zvučnicima

Pogledajte moje druge sjajne članke koji će vam se svidjeti!

• Što je frekvencija skretnice i čemu skretnice služe? Osnove koje treba znati.
• Ovdje saznajte kako odrediti frekvenciju skretnice za zvučnike.
• Ovdje saznajte više! Što je frekvencija skretnice Fc i zašto je važna?
• Koja je dobra frekvencija za audio sustav vašeg automobila ili kuće?
• Što se događa ako koristite zvučnik različite impedancije na skretnici?