Hangsugárzó tervezés - 3. rész

Az előző két részben eljutottunk odáig, hogy meghatároztuk a mély-közép hangszórót és az igényeinknek megfelelő optimális doboz tervet.

A 451-es hangszóró adatlapja tartalmaz átviteli görbét amire most szükség lesz. Első lépésként ezt az átviteli görbét bedigitalizálom egy .frd kiterjesztésű fájlba. Az FRD fájlról az alábbiakat érdemes tudni. Az FRD consortium egy csoport, ami tervezőkből, hobbistákból, és programozókból áll, és azért jött létre, hogy egységessé tegyék, a mérési eredmények tárolását, és megoszthatóságát. A csoport munkájának eredménye az .frd és a .zma fájlok megalkotása. Felépítésük nagyon hasonló, és egyszerűen szerkeszthetőek egy text editor segítségével. Három oszlopra tagolódik. Az első a mérés frekvenciáját írja le, a második az amplitúdót, a harmadik a fázis értékét írja le. A .zma fájl csupán annyiban tér el, hogy a középső sor a hangnyomás érték helyett impedancia értéket tartalmaz. A * karakter után írt dolgok megjegyzésnek számítanak. Ami nagyon fontos, az excelben történő feldolgozás esetében a számokban használt tizedes pontot vesszőre kell cserélni. Ezt nagyon egyszerűen megtehetjük az excel keres csere funkciója segítségével. Az értékek között tetszőleges számú space karakterek, jellemzően 2-3 db szokott lenni.

Az átviteli görbe digitalizálásához szükség lesz az SPLTRACE progira, ami szintén visual basic 6-ban íródott ,és ezért igényli a VB6 runtime telepítését.Mivel ezt korábban megtettem ,így elegendő letölteni az SplMinim.exe-t.

Kezdésnek nyissuk meg a 451-es hangszóró pdf fájlt az adobe reader-el és a pillanat felvétel funcióval készítsünk egy másolatot a vágólapra az átviteli görbéröl. Jobb minőséget kaphatunk ha elötte felnagyítjuk teljes teljes képernyőre.

Az SplTrace  teljes képernyőn indul és a File / Import Graph / From Clipboard választásával illesszük be az előbb lemásolt  átviteli görbét.

Az Alignment / Register Low Frequency választása után egy kis ablakban azután érdeklődik, hogy mi az alsó frekvencia ahol a trace-t kezdjük. Mivel a beillesztett görbe 20Hz-töl indul írjuk be és a kék függőleges vonalat illesszük rá a 20 Hz-re. Járjunk el hasonlóan a High Frequency esetében is csak itt a felső határ érdekli, ami 100 Hz. Vízszintesen is be kell keretezni a diagrammot Register Low/High Amplitude menüpont segítségével. Ha mindent jól csináltunk akkor 4 db kék színű vonal fogja közre a diagramot, és az egérmutató állásától függően az alsó sorban a diagramban aktuális koordinátát mutatja. (Nálam kb 1000Hz/70 dB)

A Trace / Options menü választása után megadhatjuk ,hogy hány pontból szereténk a görbét felvenni. Ez az alapanyag minőségétől és a felbontásától is függ.  Ez esetben elég 400 db pont.

A Trace/ Start SPL Trace menüponttal elkezdhetjük a digitalizálást. Bal oldal szürke színre vált és beáll 20 Hz re. Nekünk csak annyi a dolgunk, hogy a kék görbére kattintsunk de pontosan oda ahol a kék görbe és a szürke kitakart rész találkozik. Ezt 400x meg kell ismételni és az eredményt, el lehet menteni egy 451.frd fájlba.

Egy kis videó segítségképpen.

Ezzel még nem készültünk el ,még számos módosítást el kell illetve el lehet végezni. Elsőként minimum fázis kalkulálása és az frd fájlhoz csatolása, mivel most csak nullákat tartalmaz a harmadik oszlop. A betrészelt görbe mély tartománya az akkori állapotot tartalmazza, ezt célszerű lecserélni az unibox-ban meghatározott görbére. Valamint a hangszóró előlapi elhelyezésének illetve az élek állapotának a hatását is hozzá kellene adni. Ez többnyire a mély tartományban hagy nyomot.

Ezekre a feladatokra is van egy speciális kis programocska az FRD Response Blender and Minimum Phase Extractor . Ezen a linken letölthető. 

A videó végén említettem, hogy a tizedes vesszőket le kell cseréni pontokra, amit ez esetben még nem kell megtenni, mivel az FRD Response Blender csak a vesszős formátumot tudja kezelni.

Nyissuk meg az FRD Response Blender 2.0 verzióját, és menjünk a HF_FRD_DATA fülre. Az import frd gombra kattintás után adjuk meg a módosítani kívánt frd fájlt. Amennyiben sikeres volt úgy baloldalon, az első három oszlopban megtörténik az importálás. A control fülön meg is tekinthetjük a beolvasott hangnyomás görbét. 

Következő lépésként meg kell határoznunk azt a kb 20~300 Hz közötti tartományt, amit ki szeretnénk cserélni az unibox-ban kiszámolt eredeti görbéből. Ehhez ismerünk, kell a hangszóró Thiele Small (továbbiakban : T/S) paramétereit, valamit a tervezett doboz paramétereit. Az LF_FRD_Data fülön tudjuk elkészíteni a szimulált mélytartományt. Az Fs,QTS,Vas,és az Re paramétereket a hangszóró adatlapjáról, tudjuk kitölteni. A Ref SPL mezőbe egyelőre írjunk be a T/S ből kalkulált 1W/m hangnyomás értékét. Ez esetben 91 dB-t írok mert a görbe 1 Khz-ig kb 90 és 92 között emelkedik aminek az átlaga pedig 91. A Series Rs mezőben azt az értéket kellene megadnunk, ami magának a hangváltónak a belső ellenállása lesz , mivel ezt még nem ismerjük ezért ide nullát kell írni. Vab mezőben a nettó doboztérfogatot, a Qb mezőbe 4~7 közötti értéket. (leakage) Végül az Fb mezőbe reflex doboz esetén a hangolási frekvenciát, zárt doboz esetén nullát kell írni. Ekkor a tervezett doboz mély tartományának a hangnyomás görbéjét láthatjuk az alábbi diagramban. A zöld „Use the box model data shown at right”gomb megnyomás után elkészül a kalkuláció a bal odali első három oszlopban és a Control fülön is bekerül egy új piros görbe a diagramba. Ez lehet ,hogy el van csúszva az eredeti görbétől de ,ezt később helyretesszük.

Ezzel még nem vagyunk kész mivel meg kell vizsgáljuk , hogy milyen hatással lesz a hangszóró előlapon elfoglalt pozíciója az átvitelre. A DIFF_FRD_data fülön Adjuk meg az előlap (baffle) méreteit. Ezt icnh-ben kell megtenni, és ez átszámolás módja pedig az hogy a mm-ben megadott méretet elosztjuk 25,4-el.

A baffle dimensions mező értékeit a leendő hangdobozunk elejének a külső méreteivel kell feltölteni.
A speaker location mezőben a hangszóró középpontját kell megadni, van egy kis segéd ábra is hozzá.
Ezzekkel az értékekkel tudunk variálni, és a célja az ,hogy csillapítsuk a diffrakciók hatását. Az axis distance kb 1 méter 39,4 inch , és a piston 8 inch ami tulajdonképpen a hangszóró membránja. Az edge rádius mezőben az élek letörését ,illetve lekerekítését lehet megadni.  Az én tervemben süllyesztett előlap van , 1 inchet megelőlegezek neki. :)  Vízszintesen középre teszem , függőlegesen viszont némi játéra van lehetőség. Ne feledkezzünk meg arról , hogy egy normál dóm sugárzó ~100mm és van egy 110mm-es reflexcső is aminek be kell férnie. Nekem 11 inch nél lett a legsimább.

A 'Use Diffraction Model Data Shown at right' gombra kattintás után a diffrakciók hozzáadódnak a Control fülön levő görbénkhez.

A következő lépés Control fül / STEP 3 ezzel tudjuk összefűzni az eredeti görbénket az itt eszközölt módosítással . Annyit érdemes tudni erről kb 300 Hz-ig szinte biztosan megegyezik az Uniboxban és itt is kikalkulált mélyátvitellel. Érdemes ránagyítani a és úgy összeilleszteni . A púp ~2 dB az egyenes rész 91dB.  Azaz a csúcsnak ~93-94dB nek kell lennie.

Nekem így sikerült.

Az utolsó lépés a minimum fázis kinyerése és a módosított .frd fájl elmentése. Érdemes megfigyelni ,hogy a görbénk folytatódik egy szürke szaggatott vonallal. Ezeket úgy kell beállítani , hogy kövessék a természetes esését kb úgy mint a képen.

Contol fül / STEP 5 fülön az Extract Minimum Phase gombra kattintás után a minimum fázis kinyerésre kerül.(zöld)

A mentést a BlendedMinphaseResponseFRD fülön végezzük el.Jelöljük ki a az A1-C603 tartományt és a fájl menüben a mentést másként menüt kell választani. A fájl kiterjesztés .prn a név pl 451_LF_Diff_Minphase.prn .  Mentés után a fájl kiterjesztését át kell írni .frd -re és a fájlban található tizedes vesszőket cseréljük le pontokra. 

Ezzel el is készültünk a 451-es hangszóró szimulált átviteli görbéjével. Ha lenne süketszobánk ,vagy lehetőség a szabadtéri mérésre akkor valami nagyon hasonlót kellene kapnunk.

Egy kis segítség a leírtakhoz.

A folytatáshoz szükség lesz még a PCD crossover designerre. Innen letölthető.

Ez is ingyenes és excel-ben fut.

Indítás után a Load Woofer FRD gombbal betölthetjük az előkészített átviteli görbénket.

A fekete görbe lesz a végleges átvitel.

Görgessünk le a woofer részhez, és target mezőben a negyedrendű butterworth  szűrőt válasszuk 3500 Hz törésponttal és 91dB hangnyomással.  (sötét lila) Ezzel szépen ráillesztettük a görbe természetes esésére.

 Ha olyan hangdobozt látunk amiben a mély önmagában mindenféle hangváltó nélkül van bekötve akkor jó esetben így megmérték a természetes keresztezési frekvenciát és ahhoz illesztették a többi hangszórót.(jó esetben...). A legnagyobb gond ezzel az ,hogy általában mielőtt esni kezdene van egy rezonancia. Egy mély árok és utána egy púp. Ezek ha nagyobbak mint 3dB akkor már hallhatóak lesznek. Éppen ezek miatt az első rendű váltás nem fogja eléggé csillapítani ezeket a  rezonanciákat.  Egy másodrendű váltóval próbálkozzunk ez esetben 1500 Hz-re méretezve ,és az értékekkel kicsit sakkozva sikerülhet ráilleszteni egy sokkal meredekebb ötödrendű bessel görbére .

 A rezonanciáink 10 dB-el mélyebben vannak de sajnos még így is nyomot fognak hagyni...

Maradt egy púp 800-1000Hz közötti tartományban azt egy jól méretezett notch filterrel le lehet gyalulni. Módosítva 2016.07.05: ".Azonban  ezt a típusú notch filtert mély-közép hangszóró előtt sorosan nem ajánlott használni ,mivel a hangszóró teljes árama át kell menjen rajta. Szükség esetén inkább közép és magas hangszóróknál lehetne ezt alkalmazni. Ez inkább csak maradjon egy példa a szűrök méretezésére. És ha szükségét látjuk akkor a vágás után egy párhuzamos taggal oldjuk meg."

A barna vonal jelzi a tényleges szűrönk karakterisztikáját, ami ugye másodrendű és tartalmaz egy notch filtert. A valóságban egy ötödrendű váltás valósul meg 2000 Hz-es keresztezési frekvenciával.

Ezeket az alkatrész értékeket még ne használjuk fel mivel még az impedanciával és fázissal sem foglalkoztunk.

Viszont elérkeztünk ahhoz a ponthoz ,hogy magsassugárzót tudjunk választani.
Eléggé konkrétan körül lehet írni az elvárásokat.

Minimum 93 dB érzékenység, és fontos a terhelhetőség is. Van egy cikk a Hobbielektronikán az nagyon jól elmagyarázza, mindig azt szoktam ajánlani. Watt vagy dB

Elkészítettem én is a saját táblázatomat.

Ez alapján jól látszik ,hogy olyan magasat kell találni ami legalább 93dB /32W szinuszt képes elviselni. Szerencsére ez elég sok magsassugárzóra ráillik .
De legalább 91 dB kell és akkor viszont el kell viselnie a 64W teljesítményt.

Viszont. (és most jön a fekete leves). Rá kell tudni illeszteni egy 2000 Hz-es keresztezési frekvenciájú ötödrendű esésű görbére max ±2 dB hibával. Erre is fogok példát mutatni. Ha nem sikerülne vagy nagyon drágán beszerezhető magas sugárzóval menne akkor el kell gondolkodni ,hogy 3 utasként legyen megépítve.

Az elmaradhatatlan videó, aminek a végéről lecsippent pár másodperc.

A következő befejező részben teljesen megtervezzük a hangváltót.