Projekt zwrotnicy do zestawu głośnikowego w obudowie ALTUS 300

[Krasul]

Należy rozgraniczyć dwie sprawy. Przedstawione w książce charakterystyki fazowo-częstotliwościowe dotyczą filtrów idealnych obciążonych rezystancyjnie. Podczas projektowania zwrotnicy należy wziąć pod uwagę także charakterystyki fazowo-częstotliwościowe samych głośników. Sztywne zasady dotyczące np. zamiany polaryzacji GDM względem GDW i GDN przy zastosowaniu filtrów drugiego rzędu są słuszne dla filtrów obciążonych głośnikami o w pełni skompensowanych charakterystykach modułu impedancji w funkcji częstotliwości. Ponadto, jeśli chcemy dodatkowo wyrównać charakterystykę opóźnienia grupowego w funkcji częstotliwości wszystkich trzech głośników wchodzących w skład zestawu, musielibyśmy zastosować obudowy stopniowane, jakie produkowała np. w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku francuska firma "SIARE":

siare.jpg

Polaryzację głośników (szczególnie nieskompensowanych) współpracujących z zespołem filtrów RLC ustala się przeważnie w sposób eksperymentalny, tzn. ustawiając mikrofon w komorze bezechowej w określonym normami położeniu względem ekranu zestawu i manipulując wartościami elementów składowych zwrotnicy w taki sposób aby przy polaryzacji przeciwnej względem zamierzonej uzyskać możliwie głęboką interferencję wygaszającą na częstotliwości podziału. Wówczas mamy "dowód nie wprost" na to, że przy polaryzacji zgodnej przynajmniej w otoczeniu częstotliwości podziału fazowo będzie nam się to zgadzać. W praktyce inżynierskiej bardzo często stosuje się połączenie ze sobą filtrów dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego, które elektrycznie reprezentują dwa różne nachylenia. Robi się tak właśnie po to aby uzyskać jak najkorzystniejszą charakterystykę fazowo-częstotliwościową. Filtr dolnoprzepustowy o zręcznie dobranej częstotliwości podziału, który na schemacie wygląda jak drugiego rzędu w połączeniu z naturalnym nachyleniem charakterystyki poziomu ciśnienia akustycznego w funkcji częstotliwości głośnika niskotonowego może np. niekiedy akustycznie tworzyć filtr rzędu trzeciego.

[Einherjer]

I skąd obawy że na zwrotnicę o płaskiej charakterystyce impedancyjnej trzeba wydać "sporą sumę"?

Chodziło mi o to, że budowa zestawów głośnikowych zwykle trochę kosztuje, obojętnie czy zwrotnica ma mieć płaską charakterystykę czy nie. Tak czy owak, czytając ten wątek, jestem pewien, że moje następne zestawy głośnikowe nie będą miały bipolarnych kondensatorów ani też papierowych, olejowych, foliowych ani żadnych innych. Podobnie jak cewek i rezystorów. Zwrotnice będą bowiem aktywne, tylko jeszcze nie mogę się zdecydować czy analogowe czy od razu DSP...

[Krasul]

Prawidłowa charakterystyka fazowa to jest też zresztą wymóg wynikający z tego, że zestaw głośnikowy powinien zapewniać możliwość bieżącej kontroli jakości i poprawności jego montażu podczas procesu produkcyjnego. Wobulator jest "ślepy" pod tym względem, że zmierzy co prawda charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową poszczególnych gałęzi (toru wysoko-, średnio- i niskotonowego) zwrotnicy obciążonej rezystancyjnie ale nie rozpozna nam polaryzacji i jeśli podłączymy przewody odwrotnie to wykres wyjdzie dokładnie taki sam. Polaryzacja sprawdzana jest dopiero w komorze produkcyjnej kiedy zwrotnica jest już połączona przewodami z terminalem i głośnikami. Pracownik obserwuje wypadkową charakterystykę poziomu ciśnienia akustycznego badanego zestawu głośnikowego w funkcji częstotliwości na ekranie monitora wchodzącego w skład systemu pomiarowego i jeśli widzi np. interferencję wygaszającą na pierwszej częstotliwości podziału, to znaczy że pracownik na wcześniejszym etapie produkcji odwrotnie przylutował przewody do GDN-a, jeśli widzi interferencję wygaszającą na drugiej częstotliwości podziału, to znaczy że pracownik na wcześniejszym etapie produkcji odwrotnie przylutował przewody do GDW a jeśli widzi interferencję wygaszającą na obydwu częstotliwościach podziału, to znaczy że pracownik na wcześniejszym etapie produkcji odwrotnie przylutował przewody do GDM-a. Jeśli zestaw będzie miał skaszanioną charakterystykę fazową już na etapie projektu to te interferencje nie będą wystarczająco głębokie i wyraźne na tyle aby pracownik w komorze produkcyjnej był w stanie to ocenić w trybie zerojedynkowym.

[namor]

Nie polecam stosowania elektrolitycznych kondensatorów bipolarnych. Trwałość pianki poliuretanowej, z której wykonane są zawieszenia górne tych głośników wynosi około 15 lat. Bardzo prawdopodobne, że przy okazji okresowej regeneracji głośników trzeba też będzie wymieniać kondensatory bipolarne w zwrotnicy. One mają duży rozrzut parametrów i słabą stałość tych parametrów w czasie. Znacznie lepiej jest zastosować polipropylenowe kondensatory MKP, dobrej jakości cewki powietrzne i cieszyć się działającym układem bez konieczności okresowej wymiany poszczególnych elementów.

Również podzielam powyższą opinię. Niedawno zwróciłem uwagę na specyficzne zjawisko występujące w kondensatorach bipolarnych: zniekształcenia nieliniowe w stanach nieustalonych, nie do wykrycia gdy się bezmyślnie mierniczy najlepszym choćby sprzętem ale przy ustalonej amplitudzie napięcia:
https://www.forum-trioda.pl/viewtopic.p ... 99#p387899

Jakieś wyniki testów? "Jeżeli ktoś głosi, że pewien układ ma jakieś właściwości, to właśnie na nim ciąży obowiązek uzasadniania tych stwierdzeń, a nie na całej reszcie świata powinność sprawdzania czy tak naprawdę jest" - to cytat Jasia Barczyńskiego, z jednej z jego wypowiedzi na naszym Forum. Czekamy więc na dowody. A na razie otrzymuje Pan kolejne ostrzeżenie za stosowanie przytyków ad personam pod moim adresem...

Romek

Panie Tomaszu, niech Pan "ZGASI" wszystkich Pana oponentów pokazując chociaż jeden zrzut ekranu komputera z Pańskich pomiarów. Wtedy nawet ten "mierniczy" nie będzie miał argumentów. Przecież nie jest Pan tym "zboczonym" audiofilem, wiec liczą się tylko wyniki pomiarów, baaaaardzo o nie prosimy

[Tomek Janiszewski]

Ponadto, jeśli chcemy dodatkowo wyrównać charakterystykę opóźnienia grupowego w funkcji częstotliwości wszystkich trzech głośników wchodzących w skład zestawu, musielibyśmy zastosować obudowy stopniowane, jakie produkowała np. w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku francuska firma "SIARE":

Tylko czy rysunek nie jest przejaskrawiony? Rozumiałbym gdyby w wyniku stopniowania wierzchołki membran znalazły się w jednej płaszczyźnie pionowej, tu zaś GDW są wręcz cofnięte, mimo że ich stożki są płytsze od pozostałych. I analogicznie GDM są cofnięte względem GDN. A i tak rachuby te bierą w łeb, gdy głowa słuchacza znajdzie się na innej wysokości niż założona, np dlatego że usiadł w fotelu zamiast stać. Nie byłoby tego gdyby głośniki były rozmieszczone koaksjalnie, ale to powoduje inne zaburzenia. Ideałem są pod tym względem słuchawki

W praktyce inżynierskiej bardzo często stosuje się połączenie ze sobą filtrów dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego, które elektrycznie reprezentują dwa różne nachylenia. Robi się tak właśnie po to aby uzyskać jak najkorzystniejszą charakterystykę fazowo-częstotliwościową. Filtr dolnoprzepustowy o zręcznie dobranej częstotliwości podziału, który na schemacie wygląda jak drugiego rzędu w połączeniu z naturalnym nachyleniem charakterystyki poziomu ciśnienia akustycznego w funkcji częstotliwości głośnika niskotonowego może np. niekiedy akustycznie tworzyć filtr rzędu trzeciego.

Dlatego jestem za tym aby indukcyjności pasożytnicze głośników (o ile nie zostały one sprowadzone do nieznaczących wartości pierścieniami Farady'a) włączać w struktury filtrów, i tak też zrobiłem zarówno w zespołach trójdrożnych na GDN25/40, GD12/3 i GDWK9/40 jak i zmodernizowanych zespołach ZG25C zawierających 2 x GDN16/15 i GDWK0/40. To samo oczywiście można powiedzieć o zespołach dwudrożnych z najprostszymi zwrotnicami 6dB/okt. zawierającymi tylko jeden kondensator. Wówczas przesunięcie fazy sygnału akustycznego względem napięcia na głośniku zostaje zminimalizowane tak jak to tylko możliwe przy założonej częstotliwości podziału. Prostowanie charakterystyk impedancyjnych głośników przy użyciu pełnowymiarowych obwodów Zobla po to aby można było użyć zwrotnic obliczonych przy użyciu kalkulatora jest w istocie zamiataniem problemu pod dywan, bowiem wprawdzie nie ma wówczas żadnych sensacji impedancyjno-fazowych niebezpiecznych dla wzmacniacza, ale przesunięcia fazy sygnału akustycznego w wyniku istnienia pasożytniczych indukcyjności głośników pozostaje w pełnym wymiarze, a ponadto tam gdzie poważna część mocy grzeje rezystory w obwodach Zobla zamiast zasilać głośniki - pojawiają się dołki w charakterystyce ciśnieniowej. Już nie mówiąc o tym że taka podręcznikowa zwrotnica z obwodami Zobla jest droższa, musi bowiem zawierać dławiki których połowę można było wyeliminować.

[Tomek Janiszewski]

Panie Tomaszu, niech Pan "ZGASI" wszystkich Pana oponentów pokazując chociaż jeden zrzut ekranu komputera z Pańskich pomiarów. Wtedy nawet ten "mierniczy" nie będzie miał argumentów. Przecież nie jest Pan tym "zboczonym" audiofilem, wiec liczą się tylko wyniki pomiarów, baaaaardzo o nie prosimy

Ale jakie wyniki pomiarów masz na myśli? Nie dokonywałem ich z pomocą komputera, jedynie doprowadziłem napięcie przemienne z generatora akustycznego (a może nawet transformatora sieciowego) do końcówek kondensatora bipolarnego po czym przy pomocy miernika (akurat cyfrowego, ale wychyłowy woltomierz też mógłby być) stwierdziłem że na obudowie pojawiło się ujemne napięcie stałe względem obu końcówek. Jakie niesie to następstwa - można już sobie wydedukować. Mam wrzucić zdjęcie miernika pokazującego te parę woltów napięcia? Gdyby komuś nic takiego nie chciało wyjść - niech sprawdzi czy obudowa ma kontakt z elektrolitem, tj czy po przyłożeniu dodatniego napięcia do jednej z końcówek a ujemnego do obudowy wystąpi krótkotrwały przepływ prądum, jak to jest przy ładowaniu kondensatora. Na pewno taki eksperyment nie uda się z kondensatorem bipolarnym konstrukcji osiowej, jeżeli jedna z końcówek połączona jest elektrycznie z metalową puszką. Bo puszka w kondensatorze o takiej konstrukcji musi być odizolowana od elektrolitu (choćby lakierem pokrywającym puszkę od wewnątrz) a elektroda mająca kontakt z elektrolitem ale niepokryta tlenkiem wówczas nie występuje. Co nie znaczy że elektrolit się wówczas nie naładuje (skoro ładuje się w kondensatorze w którym obie elektrony są wyprowadzone przez gumowy korek), jedynie nie będzie możliwości namacalnie tego stwierdzić.

[Krasul]

To jest szkic oryginalnego zestawu jaki był produkowany w latach siedemdziesiątych przez francuską firmę "SIARE". Widocznie dla zastosowanych przez nich głośników i filtrów tak im wyszło z obliczeń.

Tutaj jest to wyjaśnione:

http://www.mh-audio.nl/Calculators/DelayNetwork.html

https://sound-au.com/articles/phase.htm

https://sound-au.com/ptd.htm

Pańskie stwierdzenie o tym, że kompensacja charakterystyk modułu impedancji w funkcji częstotliwości głośników wchodzących w skład zestawu układami Zobla i dobranie im filtrów wyliczonych dla obciążenia rezystancyjnego nie spowoduje zafalowań na wypadkowej charakterystyce modułu impedancji w funkcji częstotliwości uzyskanego w ten sposób zestawu głośnikowego jest słuszne tylko po części. To zależy od nachylenia zastosowanych filtrów oraz lokalizacji częstotliwości podziału. Ponadto pomija Pan wpływ rezonansu głośników w obudowie, co w przypadku głośnika średniotonowego w zestawie trójdrożnym może mieć spore znaczenie. Podobnie jak w przypadku głośnika wysokotonowego jeśli wybierzemy odpowiednio niską częstotliwość podziału. Należy także pamiętać, że nie wszystkie filtry nawet przy obciążeniu rezystancyjnym mają płaskie wypadkowe charakterystyki modułu impedancji w funkcji częstotliwości. Twierdzenie to jest wprawdzie słuszne dla filtrów Butterwortha ale np. dla filtrów Linkwitza-Rileya już nie (będzie górka na podziale).

[Tomek Janiszewski]

Tak czy owak, czytając ten wątek, jestem pewien, że moje następne zestawy głośnikowe nie będą miały bipolarnych kondensatorów ani też papierowych, olejowych, foliowych ani żadnych innych. Podobnie jak cewek i rezystorów. Zwrotnice będą bowiem aktywne, tylko jeszcze nie mogę się zdecydować czy analogowe czy od razu DSP...

Ale i wówczas odżałuj te parę złoty na obwód Zobla dla każdego z głośników, aby wyprostować (a przynajmniej zgrubnie wyrównać) ich charakterystyki impedancyjne, już bez wpływu na wszelkie pozostałe. Wzmacniacz może okazać się za to bardzo wdzięczny, o ile boi się przesunięć fazy między napięciem a prądem. A że problem jest całkiem konkretny - świadczy casus głośnika szerokopasmowego GDS16/15 obciążającego wzmacniacz z mostkowym zabezpieczeniem pzwar. Ileż to krwi napsuły mi ostre strzały pojawiające się w co głośniejszych fragmentach niektórych utworów, przypominające zakłócenia od wyładowań ESD, względnie towarzyszące obluzowaniu się połączenia na drodze sygnału, skutkującemu krótkotrwałymi utratami kontaktu. Dopiero zupełnie przypadkiem odkryłem że obwód Zobla z rezystorem zbliżonym do impedancji głośnika i kondensatorem w okolicach 2-5 uF (takim jakiego byłbym użył gdybym zechciał wspomóc GDS-a dodatkowym GDW) sprawia że problem znika całkowicie.

[Tomek Janiszewski]

To jest szkic oryginalnego zestawu jaki był produkowany w latach siedemdziesiątych przez francuską firmę "SIARE". Widocznie dla zastosowanych przez nich głośników i filtrów tak im wyszło z obliczeń.

Tutaj jest to wyjaśnione:

Dużo tej lektury; na razie pobawiłem się symulacją pasywnych filtrów wszechprzepustowych LC. Tak jak mi intuicja podpowiedziała: gdy spełniony jest warunek L/C=R**2 gdzie R oznacza rezystancję obciążenia fitru, to charakterystyka amplitudowa jest płaska, a źródło sygnału widzi czystą rezystancję, równą rezystancji obciążenia filtru. Skorzystałem zresztą z kalkulatora, i takie też warunki mi wyliczył. Od iloczynu LC zależy oczywiście częstotliwość graniczna takiego filtru tj częstotliwość przy której przesunięcie fazy wynosi 90 stopni. Przykładowo dla C=15uF oraz L=960uH, oraz dla obciążenia 8 omów częstotliwość graniczna bliska jest 1kHz.
Rachuby te jednak bierą w łeb gdy obciążenie filtru nie jest czystą rezystancją. Przykładowo gdy w szereg z rezystancją 8 omów włączona jest indukcyjność 100uF (niezbyt wygórowana dla rzeczywistych głośników, dla dużych GDN-ów może być kilkakrotnie większa a oznacza ona że naturalna górna częstotliwość graniczna takiego głośnika wynikająca z indukcyjności pasożytniczej wynosi 12.7kHz) to w okolicach częstotliwości 800Hz moduł impedacji rośnie o niecałe pół oma, jednak dla wyższych częstotliwości zaczyna spadać i w okolicach 4,7k wynosi już tylko 6 omów. Następnie znów zaczyna rosnąć, tak jak należało się tego spodziewać po obciążeniu w postaci szeregowego dwójnika RL. Aby zatem uniknąć takich niespodzianek jak ów spadek impedancji z 8 do 6 omów należałoby skompensować pasożytniczą indukcyjność głośnika obwodem Zobla i dopiero całość załączyć na wyjście filtru wszechprzepustowego. Oczywiście, będzie to miało negatywne konsekwencje przedstawione wcześniej, w postaci straty części mocy sygnału na obwodzie Zobla i zwiększenia przesunięcia fazy sygnału akustycznego. Można też spróbować skompensować impedancję całego zespołu jak najdokładniej, i wszelkie filtry wszechprzepustowe ustuować przed zwrotnicą, Na ile jednak uda się skompensować charakterystykę impedancyjną tak aby nie wywoływała negatywnych efektów po dołączeniu filtrów wszechprzepustowych - to rzecz otwarta. Na pewno trudno polecać bezkrytyczne stosowanie filtrów dolnoprzepustowych bez sprawdzenia jak zachowają się z konkretną kolumną.

Pańskie stwierdzenie o tym, że kompensacja charakterystyk modułu impedancji w funkcji częstotliwości głośników wchodzących w skład zestawu układami Zobla i dobranie im filtrów wyliczonych dla obciążenia rezystancyjnego nie spowoduje zafalowań na wypadkowej charakterystyce modułu impedancji w funkcji częstotliwości uzyskanego w ten sposób zestawu głośnikowego jest słuszne tylko po części. To zależy od nachylenia zastosowanych filtrów oraz lokalizacji częstotliwości podziału. Ponadto pomija Pan wpływ rezonansu głośników w obudowie, co w przypadku głośnika średniotonowego w zestawie trójdrożnym może mieć spore znaczenie. Podobnie jak w przypadku głośnika wysokotonowego jeśli wybierzemy odpowiednio niską częstotliwość podziału

.
To chyba oczywiste że częstotliwość podziału powinna być odległa od rezonansu GDW (i GDM, jeżeli jest stosowany). Łatwo niestety nie jest, bo przy zbyt wysokiej częstotliwości podziału zaczyna bruździć indukcyjność pasożytnicza głośnika, jeszcze w paśmie jakie on ma odtwarzać, a także okazuje się zbyt wysoka na to aby dała się w całości użyć jako element filtru dolnoprzepustowego. Trzeba iść na kompromisy, bocznikując taki głośnik "niepełnym" (kompensującym indukcyjność tylko częściowo) obwodem Zobla, co i uczyniłem w obu swoich kolumnach z filtrami 12dB/okt. I przyniosło to raczej pozytywne efekty. Dla orientacji: częstotliwość rezonansu głośnika średniotonowego GD12/8 w komorze plasuje się gdzieś między 200 a 300Hz, zatem mógłbym zapewne zejść z częstotliwością podziału nawet poniżej 800Hz (co pozwoliłoby zastosować jeszcze "słabszy" obwód Zobla dla GDN), jedynie obawa przed jego przeciążeniem oraz brak cewek o większej indukcyjności niż ma cewka pozyskana z ZG25C powstrzymuje mnie od tego.

Należy także pamiętać, że nie wszystkie filtry nawet przy obciążeniu rezystancyjnym mają płaskie wypadkowe charakterystyki modułu impedancji w funkcji częstotliwości. Twierdzenie to jest wprawdzie słuszne dla filtrów Butterwortha

Oczywiście masz na myśli nie pojedynczy fitr dolno-lub górnoprzepustowy (bo ten zawsze ma znaczacą reaktancję, szczególnie w paśmie zaporowym) ale zespół współpracujących z sobą filtrów? W takim wypadku można dobrać elementy filtrów tak aby w okolicach częstotliwości podziału impedancja była równa znamionowej, a moc pomiędzy obciążenia rezystancyjne rozkłada się tak że jej suma pozostaje stała.

ale np. dla filtrów Linkwitza-Rileya już nie (będzie górka na podziale).

O filtrach Linkwiza (czwartego rzędu) wiem tylko tyle że ich charakterystyka częstotliwościowa jest złożeniem dwóch charakterystyk filtrów Butterwortha rzędu drugiego. Taki filtr pod względem ostrości przejścia z pasma przepustowego do zaporowego oraz dobroci będzie plasował się gdzieś pomiędzy filtrem Bessela a filtrem Butterwortha czwartego rzędu. Domyślam się skąd wziął się taki wynalazek: próbując zaprojektować metodą kolejnych przybliżeń w symulacji filtr LC Butterwortha czwartego rzędu przekonałem się że jest on tak wrażliwy na odchyłki nominałów elementów LC, skończoną dobroć cewek, obecność składowych reaktancyjnych w obciążeniu, że praktycznie nierealizowalny jako filtr pasywny na częstotliwości akustyczne dla rzeczywistych głośników. Stąd niechybnie zgniły kompromis w postaci filtru Linkwitza.
Górka bierze się wówczas niechybnie stąd że suma mocy dostarczanej do głośników nie jest w tych warunkach stała (maleje na styku charakterystyk, a także w ich pobliżu względem częstotliwości przy których pracuje już praktycznie tylko jeden głośnik). Ale wysoka ta górka chyba nie jest? Zastanawiam się jeszcze co by się stało gdyby charakterystyki filtrów Linkwitza lekko "nasunąć" na siebie aby na częstotliwości podziału tłumienie każdego z filtrów wynosiło 3dB (a nie 6dB, co wynikałoby z nałożenia na siebie charakterystyk podwójnych filtrów Butterwortha). Czyżby w takim wypadku na częstortliwości podziału górka wprawdzie znikła (ponieważ sumaryczna moc byłaby równa takiej jak wtedy gdy cały sygnał kierowany do jednego z głośników) ale pojawiłyby się dołki po obu stronach częstotliwości podziału?

[Krasul]

Ogólnie są dwie szkoły podejścia do tego zagadnienia:

1) Zainwestować w porządne współczesne głośniki z wentylowanym obwodem magnetycznym, optymalizowaną numerycznie geometrią obwodu magnetycznego, sztywną i w miarę możliwości lekką membraną, zawieszeniami o podatności zmieniającej się w funkcji wychylenia układu drgającego, miedzianymi pierścieniami zwarciowymi Faradaya na rdzeniu obwodu magnetycznego, ferrofluidem w szczelinie powietrznej, cewką nawiniętą drutem z izolacją o dużej wytrzymałości termicznej, itd. Wówczas można zastosować prostszą filtrację ponieważ zaprojektowanie zwrotnicy dla takiego zespołu głośników jest w znaczny sposób ułatwione dobrymi parametrami samych przetworników.

2) Kupić tanie, przestarzałe głośniki o prymitywnej konstrukcji mechanicznej i zainwestować w nieco bardziej skomplikowany sposób filtracji. Wszelkie niedoskonałości przetworników skompensować w miarę możliwości samymi filtrami oraz układami kompensacyjnymi. Wówczas powstanie rozbudowany układ, taki jak na pierwszej stronie tego wątku ale rezultat końcowy może być zadowalający pod warunkiem odpowiedniego doboru parametrów takiej zwrotnicy.

Ogólnie jest tak, że największy wpływ na układ zwrotnicy jaki trafi do produkcji mają czynniki ekonomiczne. Elementy składowe kosztują, czas pracy robotnika, który będzie te zwrotnice lutował też kosztuje. Czym bardziej skomplikowany układ, tym większe prawdopodobieństwo popełnienia błędu w montażu. Przy filtrach wyższych rzędów rośnie czułość na odchyłki tolerancji wykonania elementów składowych RLC, co utrudnia improwizację (np. w postaci skręcania równolegle dwóch kondensatorów zamiast jednego, którego akurat zabrakło na magazynie). Stąd bardzo często w tanich zestawach głośnikowych stosuje się w miarę możliwości uproszczoną filtrację przechodząc do porządku dziennego nad pewnymi niedoskonałościami, z którymi księgowy nie pozwolił nam powalczyć. W rezultacie do sprzedaży trafiają zestawy, które mają np. powyginaną na wszystkie strony charakterystykę modułu impedancji w funkcji częstotliwości albo nie są do końca zgrane fazowo albo ich charakterystyka poziomu ciśnienia akustycznego w funkcji częstotliwości została ustawiona filtrami niczem korektor graficzny w "uśmiech wiejskiego didżeja". W skrajnym przypadku wszystkie trzy rzeczy na raz. Część producentów zestawów głośnikowych nie zamieszcza w ofertach w ogóle żadnych charakterystyk a jedynie kilka szczątkowych danych technicznych wychodząc z założenia, że klient i tak tego nie ogarnia i nie będzie w stanie prawidłowo zinterpretować wyników tych pomiarów.

[Einherjer]

O filtrach Linkwiza (czwartego rzędu) wiem tylko tyle że ich charakterystyka częstotliwościowa jest złożeniem dwóch charakterystyk filtrów Butterwortha rzędu drugiego. Taki filtr pod względem ostrości przejścia z pasma przepustowego do zaporowego oraz dobroci będzie plasował się gdzieś pomiędzy filtrem Bessela a filtrem Butterwortha czwartego rzędu. Domyślam się skąd wziął się taki wynalazek: próbując zaprojektować metodą kolejnych przybliżeń w symulacji filtr LC Butterwortha czwartego rzędu przekonałem się że jest on tak wrażliwy na odchyłki nominałów elementów LC, skończoną dobroć cewek, obecność składowych reaktancyjnych w obciążeniu, że praktycznie nierealizowalny jako filtr pasywny na częstotliwości akustyczne dla rzeczywistych głośników. Stąd niechybnie zgniły kompromis w postaci filtru Linkwitza.
Górka bierze się wówczas niechybnie stąd że suma mocy dostarczanej do głośników nie jest w tych warunkach stała (maleje na styku charakterystyk, a także w ich pobliżu względem częstotliwości przy których pracuje już praktycznie tylko jeden głośnik). Ale wysoka ta górka chyba nie jest? Zastanawiam się jeszcze co by się stało gdyby charakterystyki filtrów Linkwitza lekko "nasunąć" na siebie aby na częstotliwości podziału tłumienie każdego z filtrów wynosiło 3dB (a nie 6dB, co wynikałoby z nałożenia na siebie charakterystyk podwójnych filtrów Butterwortha). Czyżby w takim wypadku na częstortliwości podziału górka wprawdzie znikła (ponieważ sumaryczna moc byłaby równa takiej jak wtedy gdy cały sygnał kierowany do jednego z głośników) ale pojawiłyby się dołki po obu stronach częstotliwości podziału?

Gdy zsumujemy wyjścia filtrów dolno- i górnoprzepustowego o charakterystyce Butterwortha i tej samej częstotliwości granicznej dostaniemy 3 dB górkę na częstotliwości podziału. Gdy zrobimy to samo z filtrami o charakterystyce Linkwitza-Rileya dostaniemy płaską charakterystykę.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File ... rworth.svg
Nie wiem na ile jest celowe zastosowanie ich w pasywnych zwrotnicach, ale są one niesłychanie popularne w zwrotnicach aktywnych, właśnie ze względu na wyżej opisaną właściwość.

[Krasul]

Dla porządku przypomnijmy:

Ten wykres jest słuszny dla filtrów rzędu drugiego:

Zestaw dwudrożny, GDW afazowo względem GDN:

- Filtr Czebyszewa = +6 dB podbicia na podziale

- Filtr Butterwortha = +3 dB podbicia na podziale

- Filtr Bessela = +1 dB podbicia na podziale

- Filtr Linkwitza-Rileya = 0 dB podbicia na podziale

Ale już dla filtrów rzędu trzeciego:

Zestaw dwudrożny, GDW synfazowo względem GDN:

- Filtr Butterwortha = 0 dB podbicia na podziale (!)

[Krasul]

Teraz moduł impedancji dla poszczególnych filtrów obciążonych rezystancyjnie:

Filtr drugiego rzędu, zestaw dwudrożny:

- Filtr Czebyszewa = dolina na podziale -50% wartości impedancji znamionowej (np. 4 omy dla obciążenia ośmioomowego)

- Filtr Butterwortha = brak odkłonienia na podziale (np. 8 omów dla obciążenia ośmioomowego)

- Filtr Bessela = górka na podziale +50% wartości impedancji znamionowej (np. 12 omów dla obciążenia ośmioomowego)

- Filtr Linkwitza-Rileya = górka na podziale +100% wartości impedancji znamionowej (np. 16 omów dla obciążenia ośmioomowego)

Filtr trzeciego rzędu, zestaw dwudrożny:

- Filtr Butterwortha = brak odkłonienia na podziale (np. 8 omów dla obciążenia ośmioomowego)

[Krasul]

A to na jakich poziomach wykresy amplitudowo-częstotliwościowe przecinają się na częstotliwości podziału można odczytać z kolorowego wykresu wystającego zza zestawu głośnikowego na okładce mojej książki...

zwrotnice.jpg

[Tomek Janiszewski]

Gdy zsumujemy wyjścia filtrów dolno- i górnoprzepustowego o charakterystyce Butterwortha i tej samej częstotliwości granicznej dostaniemy 3 dB górkę na częstotliwości podziału.

Ale, ale! Przecież sumują się nie napięcia na wyjściach filtru dolno- i górnoprzepustowego lecz moce promieniowane przez głośniki, już po stronie akustycznej. Przykładowo: prawidłowo obliczony zespół dwóch filtrów Butterwortha (wykazujący płaską charakterystykę impedancyjną w całym paśmie akustycznym) będzie na częstotliwości podziału wykazywał tłumienie -3dB (w obu kanałach). Tak jak pokazują to na rysunku. Oznacza to że GDN będzie promieniował połowę mocy jaką promieniowałby w paśmie przepustowym znacznie poniżej częstotliwości podziału, GDW - również połowę mocy jaką promieniowałby w paśmie przepustowym znacznie powyżej częstotliwości podziału. Sumaryczna moc się nie zmieni, gdzie zatem tutaj górka?

Gdy zrobimy to samo z filtrami o charakterystyce Linkwitza-Rileya dostaniemy płaską charakterystykę.

A z tym zgodzić się nie mogę. Potwierdziło się w pełni moje podejrzenie: zestawiając charakterystyki dwóch filtrów Butterwortha drugiego rzędu (celem otrzymania charakterystyki Linkwitza 4 rzędu) nie przeliczono na nowo częstotliwości granicznej, tylko pozostawiono taką jaka była, za to ją na nowo... zdefiniowano. Tak zdefiniowana "częstotliwość graniczna" (co też pokazano na rysunku) to już nie ta dla której tłumienie filtru wynosi 3dB, ale 6dB (dwukrotnie więcej niż w pojedynczym filtrze Butterwortha). Teraz na częstotliwości podziału każdy z glośników otrzymuje napięcie stłumione o 6dB (czyli dwukrotnie), promieniuje czterokrotnie mniejszą moc a zatem sumaryczna moc jest teraz o połowę mniejsza względem mocy promieniowanej przez każdy głośnik pracujący w swoim paśmie. Mamy zatem 3dB dołek na częstotliwości podziału, a konsekwencją powyższego jest górka na charakterystyce impedancji, o której dopiero co napisał Kol. Krasul. Można ją obecnie nawet obliczyć: skoro moc promieniowana spadła dwukrotnie, to impedancja na częstotliwości podziału musiała również dwukrotnie wzrosnąć. Chyba w powyższym rozumowaniu nie popełniłem błędu?

Nie wiem na ile jest celowe zastosowanie ich w pasywnych zwrotnicach, ale są one niesłychanie popularne w zwrotnicach aktywnych, właśnie ze względu na wyżej opisaną właściwość.

Jeżeli tylko się nie pomyliłem powyżej, to wszelkie powyższe wnioski (poza oczywiście tymi dotyczącymi impedancji zespołu) pozostają słuszne i w odniesieniu do zwrotnic aktywnych. I tam w przypadku użycia filtru Linkwitza należy spodziewać się 3dB dołka na częstotliwości podziału, chyba że przeliczy się na nowo częstotliwość graniczną, innymi słowy obliczy się filtry Butterworha składające się na filtr Linkwitza tak aby każdy z nich na częstotliwości podziału wykazywał tłumienie -1,5dB. Czy wówczas charakterystyki promieniowania złożą się równie gładko jak w przypadku filtrów Butterwortha, czy też powstaną niewielkie zafalowania wokół częstotliwości podziału - nad tym się nie zastanawiałem, każdy kogo to interesuje może sobie odpalić symulację nawet i w LTSpice. Inna rzecz że w przypadku zwrotnic aktywnych mamy praktycznie pełną swobodę, nie będzie żadnym problemem zrealizować filtrów dolno-i górnoprzepustowego Butterwortha rzędu czwartego bo osiągnięcie wymaganej dobroci jednego z ogniw 2 rzędu na wzmacniaczu operacyjnym jest w pełni realne. Oczywiście i wówczas obie sekcje (dolno-i górnoprzepustowa) powinny na częstotliwości podziału wykazywać tłumienie 3dB aby uniknąć zarówno "dołka" jak i "górki".
Czyżby zatem udało się natrafić w necie kolejne źródło mylnych informacji?