Радиолюбители, занимающиеся конструированием акустических систем по достоинству оценят данную программу предназначенную для облегчения расчетов. Crossover Elements Calculator предназначен для расчета элементов разделительных фильтров (кроссоверов) к акустическим систем и упрощения связанным с этим расчетов [1].
Программа Crossover Elements Calculator - рис.1 подсчитывает элементы:
- Упрощенной цепи Цобеля.
- L - Pad цепей для динамиков.
- Корректирующего звена чувствительности высоких частот.
- Все необходимые параметры катушки индуктивности.
- Встроенная утилита рутинного суммирования элементов "правилом резисторов".
- Рекомендует тип корпуса акустики под динамик.
Рис.1.
Цепь Цобеля [Zobel]
Для согласования Фильтров с входным комплексным сопротивлением (импедансом) динамика (ГД) может применяться специальная согласующая цепь Цобеля (Zobel). При ее отсутствии входное сопротивление ГД (импеданс) оказывает влияние на АЧХ и ФЧХ разделительным Фильтров, вплоть до полного нарушения их работы.
В случае низкочастотный ГД. их механический резонанс не оказывает влияния на характеристики Фильтра нижних частот и компенсируется только индуктивный характер входного сопротивления ГД. К тому же частоты среза НЧ фильтра, как правило, значительно выше резонансных частот ГД. Поэтому применяют упрощенную цепь, состоящую из последовательно включенных сопротивления Rz и емкости Cz. ее достаточно в большинстве случаев.
Однако, как показывает практика, цепь Цобеля необходима всегда, когда применяется фильтр нижних частот (срез верхних), т.к. импеданс любой головки динамического типа растет с ростом частоты.
Значения элементов рассчитываются по формулам:
Rz = Rвx , Cz = Lvc/R2вx , Qvc = (Lvc 2pfs)/Rвx, где:
- Rвx - номинальное сопротивление ГД или импеданс |Z).
- Lvc - индуктивность звуковой катушки ГД.
- Qvc -добротность звуковой катушки ГД.
- Fs - резонансная частота ГД
В связи с тем, что область работы Фильтра редко начинается от частоты основного резонанса ГД. можно пренебречь полным расчетом цепи и высчитать лишь крайне необходимую часть, воспользовавшись только полями Rвx и Lvc. и кнопкой "Расчет". Это так же уменьшит емкость Cz.
Цепь Цобеля включается непосредственно перед динамиком.
Аттенюация
Часто динамики имеют чувствительность (дБ) больше, чем необходимо. Чтобы сравнять им чувствительности (приведя им к чувствительности какого-то одного динамика) и тем самым уменьшить неравномерность суммарной АЧХ акустической системы, можно прибегнуть к помощи Г - образных пассивных аттенюаторов (L - Pad). обеспечивающим заданный уровень ослабления/аттенюации (N, дБ)
Значения элементов (резисторов R1 и R2) рассчитываются по формулам:
R1 = Rвх*(1-10-0,005N) ;
R2 = Rвх*(1-10-0,005N)/ 1-10-0,005N ;
Входное сопротивление динамика с включенным аттенюатором равняется номинальному сопротивлению динамика (импедансу) (Rвх, Z, Ом) Что можно проверить по формуле:
Rвх = R1 + 1/(1/Rвх+1/R2) ;
Альтернативой для снижения чувствительности ВЧ динамика может быть корректирующее высокочастотное звено первого порядка. Его элементы (катушка индуктивности Lк и резистор Rk) рассчитываются по следующим формулам:
Rк = Rвх (100,05N-1) ;
Lк = Rвх/2pfdЦ100.1N- 2 ; где fd - частота на которой должно "включиться" звено.
Логично, что это частота среза фильтра, после которой пропускаются только высокие частоты. Стоит отметить, что звено не может снижать чувствительность динамика меньше, чем на 4 дБ (N). Так же можно снизить чувствительность, используя всего лишь один последовательный резистор в примерном соотношении 1дБ/0,70м. Однако, у этого метода хромает точность и величину сопротивления приходится подбирать на собственный слух.
Аттенюаторы включаются непосредственно перед динамиком.
Катушка индуктивности L
Катушки индуктивности с воздушными сердечниками обладают наименьшими нелинейными искажениями и потерями, по сравнению с другими типами, однако имеют большие габариты.
Конфигурация приведенной катушки является оптимальной, она имеет наибольшую добротность по сравнению с любой другой т.е. отношение L/R = 161,7alc / (6a + 9l + 10с) - максимальное (разброс порядка 0.1 %).
Параметры катушки и ее каркаса рассчитываются по формулам:
R = Rвх (100,005N-1) ;
R = L/c2 8.66 ;
c = ЦL/R8,66 ;
c = 3,85Цd4L ;
N = 1988ЦL/c ;
d = 0,841*c /ЦN ;
g = c3/21 ;
B = 187,3ЦLc ;
Катушки рекомендуется располагать взаимно перпендикулярно, чтобы свести к минимуму их влияние друг на друга. Крепятся катушки на клей или шурупы сбоку, но не в центре, иначе теряется их воздушная основа, там должен быть воздух. Чем меньше собственное сопротивление катушки индуктивности вообще, тем она лучше и происходит меньше потерь сигнала проходящего через нее.
Фазоинвертор/Закрытый ящик
Низкочастотный динамик должен быть согласован с типом корпуса акустической системы. Каждый динамик имеет свойства, позволяющие ему работать лучше в каком-то определенном оформлении корпуса.
Определить, для какого именно ящика лучше использовать конкретный динамик можно так частота основного резонанса динамика (Fs) делится на его полную добротность (Qtc), - а полученный коэффициент говорит, в каком корпусе нужно использовать динамик, чтобы достигнуть оптимальным результатов.
Коэффициент может принимать следующие значения:
- меньше 90 - рекомендуется корпус типа "закрытый ящик",
- больше 100 - Фазоинверсный корпус.
- больше 90 и меньше 100 - неопределенная область, в этом случае нельзя точно сказать что лучше, дилемма.
А. Казанцев i_dev1@mail.ru
Скачать программу Crossover Elements Calculator - zip 154kb.
Литература:
И. А. Алдошина. А. Г. Войшвилло - "Высококачественные акустические системы и излучатели". Москва. Радио и связь. 1985г.
http://dev.azz.ru/
