Kalota (kupola) je tip membrane koja se koristi kod zvučničkih drajvera – visokotonaca. Za razliku od izgleda samog drajvera koji su konusnog oblika (bas drajveri), kalota ima oblik polulopte.
Zašto baš polulopta?
Disperzija zvuka – Visoke frekvencije su veoma usmerene. Konusni zvučnik na visokim frekvencijama zvuči kao da neko drži ruku ispred usta dok govori. Kalota, zbog svoje zakrivljenosti širi zvuk mnogo ravnomernije po prostoriji.
Strukturalna krutost – Polulopta je geometrijski stabilan oblik. To znači da se membrana ne deformiše i ne savija pri brzom pomeranju na visokim frekvencijama što drastično smanjuje distorziju.
Pokretanje
Kod konusa, zavojnica (eng. voice coil) je obično zalepljena na samu bazu konusa. Ovo omogućava da se cela površina kalote kreće sinhrono kao klip u motoru, što je idealno za reprodukciju frekvencija iznad 2 kHz.
Materijali izrade
Materijal kalote direktno diktira karakter zvuka (boju).
Tekstil – najčešće svila, ređe platno. Zvuk je “topao”, mekan i prijatan. Često se koriste u Hi-Fi sistemima;
Metal – aluminijumske ili titanijumske. Zvuk je оštar, veoma detaljan i brz. Koriste se u studijskim monitorima i kompresionim drajverima;
Berilijum – High end, ekstremno lagani materijali kod kojih je rezonanca daleko izvan čujnog opsega ali zbog svoje visoke cene često nisu u upotrebi.
Dijagnostika i popravka
Osetljivost – Kalote su izuzetno tanke i osetljive. Najmanji dodir prstom može trajno da je deformiše, napravi udubljenje ili je pocepa. Iako se može popraviti izvlačenjem, vakuumom, to uvek menja masu membrane i menja frekventni odziv samog drajvera.
Hlađenje – Ferofluid, mnogi visokotonci sa kalotom imaju prostor između samog magneta i zavojnice ispunjen ferofluidom – magnetna tečnost. Ona služi da odvodi toplotu sa same zavojnice.
Razlika između kalote kod visokotonaca i dustcap-a kod niskotonaca
Iako vizuelno mogu izgledati potpuno identično – polulopta u centru, njihova uloga je potpuno drugačija.
Dustcap – Njegova primarna uloga je zaštita drajvera, to jest zavojnice i samog magneta od prašine kao i strukturalno ojačanje centra konusa. Nalazi se na centru konusa – membrane. On nije primarni izvor zvuka već samo prati kretanje konusa. Koristi se kao pasivni deo zvučnika. Kod bas drajvera on utiče na krutost membrane, ali ne svira samostalno . Kada je ulubljen to obično ne menja zvuk drastično, osim estetski.
Kalota (eng. dome) – Kod visokotonaca, ona je aktivna membrana. Ona je sam izvor zvuka, ne postoji konus. Kalota je ta koja direktno vibrira i emituje zvučne talase u prostoriju. Njen oblik, materijal i način lepljenja na zavojnicu direktno definišu frekvencijski odziv, disperziju i kvalitet visokih tonova. Ako je udubljena ili deformisana, drastično se menja frekvencijski odziv. Zvuk će najčešće biti “prljav”, sa distorzijom jer kalota više ne može da vibrira pravilno kao idealan klip.
*Zabranjeno umnožavanje slika i tekstova i postavljanje na druge lokacije.
Bass Refleks kutija je zvučna kutija sa otvorom (portom) koji koristi zadnji deo membrane zvučnika da pojača određene frekvencije. Ovakav dizajn zvučnih kutija omogućava efikasnije i niže reprodukovanje niskih tonova u poređenju sa zatvorenim (sealed) zvučnim kutijama.
Kako funkcioniše Bass refleks?
Membrana zvučnika se pomera napred-nazad. Prednji talas ide direktno ka slušaocu dok zadnji talas ide nazad u kutiju. Kod bass refleks sistema kutija ima otvor koji omogućava da se deo zadnjeg talasa izvede napolje, uz fazno usklađivanje sa prednjim talasom. Rezultat je pojačanje niskih frekvencija, veća efikasnost i jače niže frekvencije (jači bass).
Primer zvučne kutije za srednje tonove sa bass refleks dizajnom.
Šta je HelmHoltz rezonator?
HelmHoltz rezonator je akustički sistem koji se sastoji od zatvorene šupljine sa jednim otvorom, podešen tako da rezonuje na određenoj frekvenciji zvuka. Koristi se za pojačavanje ili prigušivanje određenih frekvencija.
Sistem rezonuje na frekvenciji:
Fc= (c√(A/(Vb*L)))/(2π)
gde je c = 343m/s brzina zvuka u vazduhu;
Primer: Kako se tjunuje kutija kod Bass Refleks dizajna?
Zvučne kutije koje imaju Bass Refleks dizajn jednostavne su za računanje tuning frekvencije.
Ključne informacije su:
Biranje željene frekvencije (Fb); primer – tuning frekvencija npr Fb=40Hz;
Određivanje zapremine kutije (Vb); primer – kutija 30x30x30cm; Vb=27L; od toga se oduzima deo zapremine za sam drajver i portove pa je realna zapremina oko 24L;
Izračunavanje dimenzija porta, dužine i prečnika (2R, L) I površine preseka porta (A) tako da rezonantna frekvencija kutije (Fb) odgovara željenom pojačanju u tom frekvencijskom opsegu; primer – L=20cm, R=5cm; A=R*R*π=78,54cm2=0,007854m2.
Ubacivanje podataka u formulu za HelmHoltz-ov rezonator Fc= (c√(A/(Vb*L)))/(2π) gde je c = 343m/s brzina zvuka u vazduhu;
Za navedeni primer imamo:
Fb=40Hz (tu frekvenciju ciljamo);
Vb=0,024m3 zapremina kutije;
L=20cm=0.2m efektivna dužina porta;
R=5cm=0,05m poluprečnik porta;
A=R*R*π=0,007854m2 površina preseka porta;
c=343m/s brzina zvuka u vazduhu;
Ubacivanjem vrednosti u formulu:
Fc = (c√(A/(Vb*L)))/(2π)
Fc =(343√(0,007854/(0,024*0.2)))/(2π)
Fc=69,8Hz je dobijena tuning frekvencija za dimenzije cevi poluprečnika R=5cm i dužine L=20cm. Obzirom da nam je ciljana frekvencija od 40Hz daleko iznad, dužinu cevi moramo promeniti na L=60cm:
Fc =(343√(0,007854/(0,024*0.6)))/(2π)
Fc = 40Hz. Zaključujemo da povećavanjem dužine cevi smanjujemo tuning frekvenciju za istu zapreminu kutije. U praksi, dužina cevi od 60cm nije pogodna za transport ni za ugradnju zbog svojih dimenzija.
Šta je Horn-Loaded?
Horn Loaded označava zvučnički dizajn u kojem je drajver spojen na akustički horn, postepeno šireći kanal koji pojačava efikasnost i kontrolu zvuka. Ovaj princip se koristi za maksimalni prenos energije sa membrane zvučnika na vazduh.
Drajver je smešten na početku horne (throat); zvuk se širi postepeno kroz rastući kanal (flare) koji povećava akustičnu impedansu; na izlazu (mouth) zvuk izlazi sa većom efikasnošću ali i usmerenošću.
Prednosti ovakvih sistema:
Izuzetno visoka efikasnost (visok SPL sa malo snage);
Usmerena disperzija – zvuk se projektuje precizno bez puno refleksija;
Manje izobličenja zvuka – zbog manjeg hoda membrane zvučnika;
Veći dinamički opseg – najčešće se koristi u koncertnim manifestacijama i PA razglasnim sistemima.
Mane ovakvih sistema:
Izuzetno velike dimenzije – pogotovo za tuning na izrazito niskim frekvencijama, zbog dužine horne;
Izuzetno velika težina – horne se uglavnom izrađuju od materijala koji moraju izdržati taj pritisak, što za posledicu nosi težinu samog zvučnika;
Kompleksna izrada – zahteva precizno oblikovanje flare geometrije horne, nije kao kod Bass Refleksa samo cev;
Ograničen frekvencijski opseg po horni – često se koristi više različitih horni za različite opsege.
Modifikacija Bass Refleks dizajna u Horn Loaded dizajn u istoj zapremini
Članak je u procesu izrade. Molimo Vas za strpljenje.
Zabranjeno kopiranje i umnožavanje tekstova i fotografija i postavljanje na druge lokacije.
Pasivna skretnica je filter koji razdvaja frekvencijske opsege i koristi samo pasivne elektronske komponente. Ne zahteva dodatno napajanje jer su svi elementi pasivni, i koristi se često u audio svetu.
Primer SAL HVS-14 skretnice za niskotonac koja koristi induktivnost od 6.2mH i kapacitivnost od 195uF. Rezonantna frekvencija LC kola: Fcut=1/(2•π•√(L•C)), samim tim daje Fcut=144,7Hz pri strmini sečenja od -12dB/oct jer je skretnica drugog reda (kalem+kondenzator).
Da li moj zvučnik ima skretnicu?
Najčešće je odgovor da, čak i ako se radi o jeftinijim modelima.
Zvučne kutije koje su aktivne – imaju implementirane aktivne skretnice u predpojačavačkom delu, o njima više reči u drugom tekstu.
Zvučne kutije koje su pasivne – imaju implementirane pasivne skretnice koje služe da razdvoje frekvencijske opsege koje idu na različite drajvere kako ne bi došlo do oštećenja istih.
Elementi koji se koriste za izradu pasivnih skretnica
Elementi koji se koriste u pasivnim skretnicama su:
R – Otpornici (Ohm);
L – Kalemovi (Henri);
C – Kondenzatori (Farad).
Načini filtriranja
Low Pass Filter (LPF)– Filter koji propušta niske frekvencije a prigušuje visoke;
High Pass Filter (HPF) – Filter koji propušta visoke frekvencije a prigušuje niske;
Band Pass Filter (BPF) – Filter koji prigušuje i niske i visoke frekvencije, dok propušta određene frekvencije. Kombinacija LPF i HPF.
Band Stop Filter (BSF) – Filter koji propušta i niske i visoke frekvencije, dok prigušuje određene frekvencije. Kombinacija LPF i HPF.
Notch Filter (NF) – Filter koji blokira tačno proračunatu frekvenciju. Uža verzija Band Stop Filtera.
Tipovi pasivnih skretnica
Prvog reda (-6 dB/oktava)
Brzina prigušenja signala: -6dB/oct. Koriste jedan kondenzator ili jedan induktor i imaju blago prigušenje frekvencija.
Drugog reda (-12 dB/oktava)
Brzina prigušenja signala: -12dB/oct. Koriste kombinaciju induktora i kondenzatora za preciznije filtriranje. Strmiji pad, bolja separacija zvuka.
Trećeg reda (-18 dB/oktava)
Brzina prigušenja signala: -18dB/oct. Još jedna LC sekcija i filtracija.
Četvrtog reda (-24 dB/oktava)
Brzina prigušenja signala: -24dB/oct. Koristi dve LC sekcije za ekstremno precizno sečenje.
Kako radi skretnica?
Na ulazu imamo signal koji je pokriven frekvencijama od 20 Hz do 20kHz. Zadatak skretnice je da odvoji frekvencije tako da samo određeni opseg ide na određeni zvučnik, kako ne bi došlo do oštećenja.
LPF -6dB/oct:To znači da se signal smanjuje za 6 dB svaki put kada se frekvencija udvostruči na gore. Ukoliko je Fcut=500Hz, to znači da će signal na 500Hz biti 0dB, na 1kHz biti na -6dB, na 2kHz biti na -12dB itd.
HPF -6dB/oct: To znači da se signal smanjuje za 6dB svaki put kada se frekvencija udvostruči na dole. Ukoliko je Fcut=500Hz, to znači da će signal na 500Hz biti 0dB, na 250Hz biti na -6dB, na 125Hz biti na -12dB itd.
Primeri – LPF:
Kako bismo napravili skretnicu prvog reda (-6dB/oct) koristeći pasivne elektronske komponente, moramo znati za početak vrednosti.
Primer 1: LPF samo sa kalemom
Način filtriranja: LPF (-6dB/oct);
Elementi koji se koriste: Kalem;
Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
Cutoff frekvencija (F): 120 Hz.
Induktor u seriji blokira visoke frekvencije iznad Fcut.
Induktivna reaktansa induktora se izvodi po formuli Z=2•π•F•L.
Obzirom da tražimo induktivnost L, ona se dobija po formuli L=Z/(2•π•F).
Ubacivanjem vrednosti u formulu dobijamo da nam je potreban kalem vrednosti L = 10.6mH.
Primer 2: LPF samo sa kondenzatorom: PROBLEM
Način filtriranja: LPF (-6dB/oct);
Elementi koji se koriste: Kondenzator;
Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
Cutoff frekvencija (F): 120 Hz.
LPF prvog reda sa samo paralelnim kondenzatorom ne funkcioniše kako treba. LPF prvog reda uvek koristi induktor u seriji, jer induktivna reaktansa prigušuje visoke frekvencije. Kondenzator sam po sebi ne formira LPF već deluje kao visokofrekventni bajpas.
Kondenzator paralelno nije neophodan za osnovnu LPF funkciju, ali može se koristiti opciono kao dodatni element, kako bi poboljšao odziv.
Primer 3: LPF sa kalemom i kondenzatorom
Način filtriranja: LPF (-12dB/oct);
Elementi koji se koriste: Kalem + kondenzator;
Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
Cutoff frekvencija (F): 120 Hz.
Induktor u seriji blokira visoke frekvencije. Kondenzator paralelno sa zvučnikom dodatno prigušuje neželjene frekvencije. Rezultat je strmiji pad (-12dB/oct) u poređenju sa skretnicama prvog reda (-6dB/oct).
Formula za kalem: L=Z/(2•π•F);
Rezonantna frekvencija LC kola: F=1/(2•π•√(L•C)) a nama je potrebno C= 1/(4•π•π•F•F•L).
Iz navedenih formula izračunamo L=10.61mH, a potom C=165.8uF.
Primeri – HPF:
Primer 4: HPF samo sa kondenzatorom
Način filtriranja: LPF (-6dB/oct);
Elementi koji se koriste: Kondenzator;
Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
Cutoff frekvencija (F): 2 kHz.
Serijski povezan kondenzator blokira niske frekvencije ispod Fcut. Visoke prolaze neometano dok se niske prigušuju -6dB po oktavi.
Formula za kondenzator: Z = 1/(2•π•F•C).
Za naše parametre koristimo kondenzator vrednosti C=1/(2•π•F•Z)=9,95uF
Primer 5: HPF samo sa kalemom: PROBLEM
Način filtriranja: LPF (-6dB/oct);
Elementi koji se koriste: Kalem;
Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
Cutoff frekvencija (F): 2 kHz.
HPF prvog reda sa samo paralelnim kalemom ne funkcioniše kako treba. HPF prvog reda uvek koristi kondenzator u seriji, jer blokira DC komponentu i niske frekvencije. Kalem sam po sebi ne formira HPF već umesto HPF-a dobijamo impedansni korektor koji utiče na frekvencijski odziv ali ne blokira niske frekvencije.
Kalem paralelno nije neophodan za osnovnu HPF funkciju, ali može se koristiti opciono kao dodatni element, kako bi poboljšao odziv.
Primer 6: HPF sa kalemom i kondenzatorom
Način filtriranja: HPF (-12dB/oct);
Elementi koji se koriste: Kondenzator + kalem;
Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
Cutoff frekvencija (F): 2 kHz;
Kondenzator u seriji sa zvučnikom za blokiranje niskih frekvencija i induktor paralelno sa zvučnikom da dodatno priguši neželjene frekvencije ispod Fcut.
Formula za kondenzator: Z = 1/(2•π•F•C).
Za naše parametre koristimo kondenzator vrednosti C=1/(2•π•F•Z)=9,95uF
Formula za kalem: L=Z/(2•π•F);
Rezonantna frekvencija LC kola: F=1/(2•π•√(L•C)) a nama je potrebno L= 1/(4•π•π•F•F•C) = 636uH.
Iz navedenih formula izračunamo C=9.95uF, a potom L=636uH.
*Zabranjeno kopiranje fotografija i tekstova i postavljanje na druge lokacije.
U prethodnom tekstu smo pisali o različitim membranama kod drajvera (Membrane kod zvučnika). U današnjem tekstu nešto više o tipovima samih magneta kod zvučnika.
Postoje dva glavna različita tipa magneta kod drajvera i to su:
Feritni magneti;
Neodimijumski magneti;
Ostali tipovi (aluminijum nikl kobalt itd).
Primer feritnog magneta kod visokotonca SAL DTF-12.
Feritni ili keramički magneti su najčešći tip trajnog magneta napravljeni od ferita (jedinjenje gvožđa, stroncijuma ili barijuma) i najpopularniji su. Koriste se u zvučnicima, motorima, RF antenama itd. uglavnom zbog niske cene. Mogu da izdrže veliku količinu snage, otporni su na visoke temperature ali imaju manju gustinu magnetnog polja od neodimijumskih magneta. Veći su i teži u odnosu na njih. Otporni su na koroziju za razliku od neodimijuma.
Primer neodimijumskog magneta kod niskotonca na RCF310A aktivnoj zvučnoj kutiji.
Neodimijumski magneti su najmoćniji trajni magneti, mnogo jači od feritnih magneta – neodimijumski magnet manjih dimenzija može proizvesti istu snagu kao feritni magnet većih dimenzija. Izuzetno jako polje, lakši su i kompaktniji u odnosu na ferite. Osetljiviji su na visoke temperature, pa se mora obratiti pažnja prilikom integracije u sistem. Takođe moraju imati zaštitni premaz protiv oksidacije.
*Zabranjeno umnožavanje tekstova i fotografija na druge lokacije.
Papirne membrane – prirodan zvuk, zavisi od impregnacije;
Kompozitne membrane (Kevlar, karbon vlakna) – snažna kontrola rezonancije, dobar balans rigidnosti i odziva.
U nastavku par slika vezano za vizuelni način prepoznavanja različitog tipa membrana:
Primer svilene membrane kod visokotonca SAL DTF-12.
Fleksibilna zavojnica od nežnog materijala sa toplim zvukom. Najčešće se nalazi kod visokotonaca, omogućava glatku i detaljnu reprodukciju visokih frekvencija. Prirodno gube odziv iznad 10kHz jer materijal ima prirodno prigušenje. Najčešće se koriste u Hi-Fi zvučnicima i u studijskim monitorima.
Primer fenolne membrane kod kompresionog drajvera RCF Unita TW101.
Poznate po toplom i glatkom zvuku ali imaju veoma striktno ograničenje u visokim frekvencijama – ne preko 6-7 kHz. Fenolna smola otporna je na visoke temperature, pa zbog toga imaju jako dobru otpornost na snagu. Koriste se u kompresionim drajverima i PA sistemima gde je potrebna glasnoća bez preterane oštrine.
Primer aluminijumske membrane kod visokotonca Elac CD 10 serija.
Izuzetna rigidnost, veoma čvrst materijal. Može precizno reprodukovati visoke frekvencije bez deformacija do 20kHz. Oštar, detaljan zvuk, bolji odziv i efikasnost u ultra visokim frekvencijama. Ukoliko ne postoji dobar damping zvuk može delovati previše metalno. Koriste se u Hi-Fi zvučnicima i PA sistemima za izuzetno jasne visoke frekvencije.
*Zabranjeno kopiranje tekstova i fotografija i postavljanje na druge lokacije.
