W głośnikowym żywiole, część 18.pdf

K U R S

Niezbędnik dla amatorów i profesjonalistów

W głośnikowym żywiole, część 18

Obudowa z membraną bierną – ćwiczenia.

W poprzednim numerze przedstawiliśmy teoretyczne podstawy

projektowania obudowy z membraną bierną. Zwróciliśmy uwagę,

że jest to rzadko spotykany typ obudowy, ale w przypadkach

niektórych głośników może okazać się w zasadzie jedynym,

dającym dobre rezultaty.

Obudowa z membraną bierną może

być bowiem uznana za odmianę obu-

dowy bas-refleks, gdzie zamiast masy

powietrza w tunelu, w drgania zostaje

wprowadzona właśnie masa membrany

biernej. I jest to rozwiązanie problemu,

z którym wcale nie rzadko spotykali-

śmy się podczas ćwiczeń z obudową

z otworem - gdy z obliczeń wynikało,

że tunel optymalnie dostrojonej obudo-

wy z otworem powinien mieć bardzo

dużą, trudną do zrealizowania długość.

Najczęściej jednak, mimo tej trudności,

można wyjść z opresji bez stosowania

membrany biernej – nieco zmniejszając

powierzchnię otworu czy decydując się

na trochę wyższą częstotliwość rezo-

nansową. Ale są głośniki, które zostały

zaprojektowane specjalnie pod kątem

zastosowania wraz z membraną bierną.

Od kilku lat stosowane przede wszyst-

kim w wysokiej klasy subwooferach, 26

i 31 cm głośniki „XLS” duńskiej firmy

Peerless najczęściej występują w towa-

rzystwie podobnych do nich membran

biernych. Większy, 31 cm (12 cali) mo-

del XLS12 przedstawiliśmy dokładnie

rok temu, podczas ćwiczeń z obudową

zamkniętą, ale już wówczas zapowie-

dzieliśmy, że jest to głośnik o szczegól-

nym zestawie parametrów, dający najlep-

sze rezultaty wraz z membraną bierną.

Przypomnijmy więc jego parametry:

F s [Hz] 18

Q es 0,21

Q ms 3,7

Q ts 0,20

V as [dm 3 ] 139

R e [V] 3,5

S d [cm 2 ] 466

X lin [cm] 2,5

Moc [W] 300

W przypadku 12-calowego głośnika

niskotonowego, najpierw musimy roz-

ważyć, czy projektujemy wraz z nim

subwoofer aktywny, czy wielodrożny,

pasywny zespół głośnikowy. Chodzi

oczywiście o rezystancję szeregową R g ,

która koryguje wartość Q ts . Dla sub-

woofera aktywnego będzie ona bliska

zero, dla zespołu głośnikowego, przede

wszystkim ze względu na rezystancję

cewki w filtrze – a będzie to cewka

o dużej indukcyjności, gdyż XLS12 nie

powinien być filtrowany wyżej niż przy

300 Hz – może mieć wartość nawet

powyżej 1 V. Zresztą, już przy ćwicze-

niach z obudową zamkniętą spróbowali-

śmy z premedytacją wprowadzić wysoką

wartość R g , aby podnieść Q ts , obniżyć

współczynnik EBP, i przez to uzyskać

niższą częstotliwość graniczną. Cho-

ciaż w przypadku bas-refleksu (a więc

i obudowy z membraną bierną) lepsze

charakterystyki impulsowe wiążą się z

niższymi wartościami Q ts , to w przypad-

ku XLS12 wartość Q ts jest tak niska, że

można bez wielkiej szkody dla impulsu

nieco ją skorygować w górę. Teoretycz-

nie, można celowo wprowadzić rezy-

stancję szeregową między głośnikiem a

wzmacniaczem również w subwooferze

aktywnym, za pomocą rezystorów o du-

żej mocy. Ale to już byłaby perwersja.

Na początek więc subwoofer aktywny,

R g =0, i jak gdyby nigdy nic, symuluje-

my parametry obudowy z otworem...

Dla znanych modeli teoretycznych,

które mogą znaleźć zastosowanie przy

głośniku o taki niskim Q ts , otrzymu-

jemy następujące zestawy parametrów

strojenia:

Fot. 85. Głośnik Peerless XLS12 i

zbudowana z jego elementów mem-

brana bierna

ani żadnych innych... pokazujemy ten

zestaw parametrów dla uwidocznie-

nia, jak nierealistycznie długie musia-

łyby być tunele klasycznych obudów

z otworem. L v „14” oznacza otwór o

średnicy 14 cm (o powierzchni ok.

160 cm 2 ), odpowiedni dla głośnika o

tak dużym wychyleniu objętościowym,

wynikającym tutaj zarówno z dużej

powierzchni membrany, jak i bardzo

dużej amplitudy liniowej. Dla mode-

lu BB4 potrzebny przy takiej średnicy

tunel musiałby mieć długość 6 me-

trów! Można by się zgodzić na otwór

o dwa razy mniejszej powierzchni,

a więc o średnicy 10 cm (Lv „10”),

gdyby dawało to szansę wybrnięcia z

sytuacji. Ale nawet dla modelu QB3,

wymagającego najkrótszych tuneli, mu-

siałby mieć on długość jednego metra.

Przy okazji zauważmy jednak, jak nie-

wielkie objętości są potrzebne dla pra-

widłowego zastosowania XLS12 – wła-

śnie dzięki niskiej wartości Qts – ale

jednocześnie to właśnie małe obję-

tości wymuszają bardzo długie tune-

le dla uzyskania odpowiednio niskiej

częstotliwości rezonansowej obudowy.

Owszem, z takimi objętościami spo-

tykamy się często, ale w przypadku

głośników o znacznie mniejszej śred-

nicy, a więc i mniejszym wychyleniu

objętościowym, co z kolei pociąga za

sobą mniejszą powierzchnię otworu, a

to wreszcie krótszy tunel.

Teraz właśnie na scenę wkracza

membrana bierna. Wraz z głośnikiem

XLS12, Peerless przygotował trzy wer-

sje 12-calowych membran biernych o

różnej częstotliwości rezonansowej f p ,

L v „10”

(d v =10)

[cm]

Hoges 13,4 36 260 130

QB3 17,6 35 200 100

BB4 23,3 18 600 300

f b

[Hz]

L v „14”

(d v =14)

[cm]

Nie będziemy jednak rozważać

ani uzyskanych tą drogą charaktery-

styk przetwarzania, ani impulsowych,

Elektronika Praktyczna 4/2005

V b

[dm 3 ]

K U R S

na skutek zastosowania różnych mas

drgających (do standardowej membra-

ny głośnika XLS12 dodawane jest do-

datkowe obciążenie). Interesujące nas

parametry wyglądają więc następująco:

f p V ap

XLS12 290g 12,6 170

XLS12 425g 10,4 170

XLS12 625g 8,6 170

Objętość ekwiwalentna dla wszyst-

kich wersji jest taka sama, ale nieco

inna niż dla samego głośnika XLS12,

co wskazuje, ze zawieszenie membran

biernych ma nieco większą podatność,

co również wpływa na obniżenie czę-

stotliwości rezonansowej.

Miesiąc temu wyjaśniliśmy, że

teoretyczny model strojenia obudów

z membraną bierną dyktowany jest

przez nieco inne wartości współczyn-

ników niż dla strojenia obudów z

otworem, ale różnice między nim a

modelem QB3 są bardzo niewielkie

dla głośników o niskiej wartości Q ts .

Dlatego za pomocą membrany biernej

spróbujemy dostroić obudowę według

modelu QB3. Odpowiednia do tego

będzie membrana w wersji o masie

425 g, która w obudowie o objęto-

ści 17,6 dm 3 zapewni strojenie do

częstotliwości rezonansowej obudowy

f cp =34 Hz, a więc bardzo blisko czę-

stotliwości f b dyktowanej przez model

QB3. Wynika to z pierwszego wzoru,

jaki przedstawiliśmy miesiąc temu.

Ważne dla dobrych charakterystyk im-

pulsowych warunki są spełnione. Od-

nośnie uniwersalnych warunków dla

obudów bas-refleks - stosujemy głośnik

o bardzo niskiej wartości Q ts , stroimy

go dokładnie według modelu teore-

tycznego QB3. A co się tyczy wyłącz-

nie zastosowania membrany biernej,

sprawdzamy, czy częstotliwości f cp i

f p są dostatecznie rozsunięte – sto-

sunek między nimi wynosi aż 3,3, a

więc zastosowanie membrany biernej

Rys. 87. Charakterystyka przetwa-

rzania XLS12 z membraną bierną

XLS12/425 (bez modelu, dla Q b =7,

R g =0) w obudowie o parametrach:

V b =30 dm 3 , f b (f cp )=27 Hz, f -3 =45 Hz

Rys. 88. Charakterystyka przetwa-

rzania XLS12 z membraną bierną

XLS12/290 (bez modelu, dla Q b =7,

R g =0) w obudowie o parametrach:

V b =40 dm 3 , f b (f cp )=29 Hz, f -3 =33 Hz

w minimalnym stopniu wpłynie na

kształt charakterystyki przetwarzania i

charakterystyki impulsowej w stosun-

ku do analogicznie strojonej obudowy

z otworem. Spadek –6 dB pojawia się

przy 38 Hz ( rys. 86 ), co przy tak nie-

wielkim subwooferze nie zasługuje na

krytykę, chociaż niższe zejście byłoby

mile wdziane.

Jeżeli nie zależy nam na zbudowa-

niu subwoofera bardzo małego, wraz z

większymi objętościami będziemy obni-

żać częstotliwość graniczną, jednocze-

śnie jednak stopniowo pogarszając cha-

rakterystyki impulsowe. Ale wciąż bar-

dzo dobre wyniki pod tym względem

możemy uzyskać w objętości 30 litrów.

Jest to już strojenie „dowolne”, bez

modelu teoretycznego, ale pod kontrolą

programu symulującego wyniki. Stosu-

jemy tę samą wersję membrany biernej

(425 g), która w objętości 30 litrów

„złapie” częstotliwość rezonansową

f cp =27 Hz. Rozsunięcie f cp i f p nadal

jest duże (stosunek 2,6). Charaktery-

styka przetwarzania początkowo opada

bardzo łagodnie, dzięki czemu spadek

–6 dB notujemy przy 30 Hz ( rys. 87 ).

Częstotliwość 30 Hz z objętości 30 li-

trów to bardzo dobry wynik.

Godząc się na kompromis pod

względem charakterystyki impulsowej,

aby w zamian uzyskać jeszcze niższą

dolną częstotliwość graniczną, może-

my powiększyć objętość do 40 litrów.

Sięgając po membrany bierne o usta-

lonych parametrach, z jednej strony

łatwiej jest osiągnąć niskie częstotli-

wości rezonansowe, z drugiej strony

trudniej je ustalać tak precyzyjnie, jak

za pomocą tunelu, którego długość

możemy wyregulować. Odrobinę maj-

sterkując, możemy zmieniać też masę

membrany biernej, ale w naszych

ćwiczeniach staramy się wybrać odpo-

wiednią wersję membrany biernej bez

jej modyfikowania. Okazało się, że w

40 litrach najodpowiedniejsza będzie

membrana bierna o masie 290 g (naj-

lżejsza), która w tej objętości dostroi

się do f cp =29 Hz. Częstotliwość rezo-

nansowa układu jest więc nieco wyż-

sza niż w poprzednim strojeniu (30

litrów, 27 Hz), ale uzyskujemy niż-

szą częstotliwość spadku –6 dB przy

28 Hz, charakterystyka w zakresie

30…40 Hz ma poziom o ok. 2 dB

wyższy niż poprzednio ( rys. 88 ). Sto-

sunek f cp do f p wynosi 2,3 – membra-

na bierna nie będzie więc poważnie

pogarszać charakterystyk impulsowych

wobec podobnie dostrojonego układu

rezonansowego z otworem, chociaż w

tej objętości i sama obudowa z otwo-

rem nie będzie mogła pochwalić się

„szybkością”. Ale skoro dotarliśmy już

do objętości 40 litrów, sprawdźmy, czy

nie jest możliwe dostrojenie układu

właśnie za pomocą tunelu. Częstotli-

wość rezonansową f b =29 Hz uzyskamy

tutaj, przy średnicy 10 cm, z tunelem

60 cm. Nadal nie jest to łatwe, ale

już w zasięgu możliwości, o ile sub-

woofer będzie bardzo głęboki, lub wy-

konamy tunel załamany.

Ostatni ruch w kierunku najniż-

szych częstotliwości wykonujemy za

pomocą objętości 50 litrów i membra-

Rys. 86. Charakterystyka przetwa-

rzania XLS12 z membraną bierną

XLS12/425 (model bliski QB3, dla

Q b =7, R g =0) w obudowie o para-

metrach: V b =17,6 dm 3 , f b (f cp )=34 Hz,

f -3 =46 Hz

Rys. 89. Charakterystyka przetwa-

rzania XLS12 z membraną bierną

XLS12/290 (bez modelu, dla Q b =7,

R g =0) w obudowie o parametrach:

V b =50 dm 3 , f b (f cp )=26 Hz, f -3 =34 Hz

Elektronika Praktyczna 4/2005

K U R S

Rys. 90. Charakterystyka przetwa-

rzania XLS12 z membraną bierną

XLS12/425 (blisko modelu QB3, dla

Q b =7, R g =2) w obudowie o para-

metrach: V b =40 dm 3 , f b (f cp )=24 Hz,

f -3 =32 Hz

do 24 Hz, blisko postulowanych przez

model 25 Hz. Uzyskujemy bardzo ład-

ną charakterystykę przetwarzania, ze

spadkiem -6 dB przy 26 Hz ( rys. 90 )

i dobrą charakterystykę impulsową.

Ale i użycie membrany biernej

290 g, dającej w 40 litrach częstotli-

wość rezonansową f cp =29 Hz nie jest

błędem - na charakterystyce przetwa-

rzania pojawi się minimalne, półde-

cybelowe wzmocnienie w okolicach

50 Hz, spadek –6 dB przesunie się do

27 Hz ( rys. 91 ). Takie rezultaty może-

my też osiągnąć z otworem o średni-

cy 10 cm i tunelem 60 cm.

Na końcu ponownie 50 litrów,

tym razem z R g =2. Membrana bierna

290 g, f cp =26 Hz, charakterystyka prze-

twarzania w tym przypadku biegnie

równo do 40 Hz, zaczyna opadać po-

woli i punkt –6 dB pojawia się przy

rekordowo niskich 24 Hz ( rys. 92 ).

Wymagany do takiego strojenia tunel

ma długość 60 cm i średnicę 10 cm.

Na tym kończymy zabawy z mem-

braną bierną, która w niektórych sy-

tuacjach jest wręcz konieczna dla pra-

widłowego strojenia układu rezonanso-

wego bas-refleks. Pamiętając, aby dla

możliwie najlepszych charakterystyk

impulsowych utrzymywać jak najwyż-

szy stosunek f cp do f p , w naturalny

sposób zmierzamy do mniejszych ob-

jętości, co tym bardziej czyni mem-

Rys. 92. Charakterystyka przetwa-

rzania XLS12 z membraną bierną

XLS12/290 (bez modelu, dla Qb=7,

Rg=2) w obudowie o parametrach:

V b =50 dm 3 , f b (f cp )=26 Hz, f -3 =28 Hz

branę bierną potrzebną dla dostrojenia

do niskiej częstotliwości rezonansowej.

Niektóre głośniki, jak właśnie XLS12,

pozwalają tym sposobem na zaprojek-

towanie niezwykle małej (w stosunku

do wielkości głośnika) obudowy. Przy

większych objętościach coraz łatwiej

układ dostroić za pomocą tunelu.

Za miesiąc parę stron o coraz

mniej popularnych obudowach pasmo-

wo – przepustowych („ćwiczenia” już

sobie darujemy), a za dwa miesiące

również rzadko spotykana, ale „kul-

towa”, audiofilska obudowa – linia

transmisyjna.

Andrzej Kisiel

ny biernej 290 g, która dostroi się do

f cp =26 Hz. Charakterystyka przetwarza-

nia obniża się o ok. 2 dB już poniżej

100 Hz, ale następnie stabilizuje się

na tym poziomie, aby zacząć szyb-

ciej spadać dopiero poniżej 30 Hz,

punkt –6 dB znajduje się przy 25 Hz

( rys. 89 ). Stosunek f cp do f p wynosi

2,1, a więc nadal nie spada poniżej

krytycznej wartości 2.

Następnie przeprowadziliśmy kilka

prób z rezystancją szeregową R g =2 V,

co podnosi wartość Q tc do 0,28.

Zmiana tego parametru jest wyraź-

na, aczkolwiek nadal pozostaje on na

poziomie pozwalającym w bas-reflek-

sie uzyskiwać dobre charakterystyki

impulsowe, zarazem osiągać niższe

częstotliwości graniczne, ale wymaga

stosowania większych objętości. Efek-

tywność spada o 1,6 dB. Model QB3

dla tak zmodyfikowanych parametrów

XLS12 dyktuje objętość 40 litrów i

częstotliwość rezonansową f b =25 Hz.

Zastosowanie otworu z tunelem byłoby

bardzo trudne – przy średnicy 10 cm

rura musiałaby mieć 90 cm długości.

Ponownie stosujemy więc membranę

bierną, tym razem w wersji 425 g,

ponieważ taka dostroi się w 40 litrach

Rys. 91. Charakterystyka przetwa-

rzania XLS12 z membraną bierną

XLS12/290 (bez modelu, dla Q b =7,

R g =2) w obudowie o parametrach:

V b =40 dm 3 , f b (f cp )=29 Hz, f -3 =31 Hz

Fot. 93. Subwoofer Avance Signature Sub10, z głośnikiem XLS12 i membraną

bierną (jej miejsce znajduje się po drugiej stronie obudowy).

Elektronika Praktyczna 4/2005

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: