Pasivne skretnice kod zvučnika

Šta je skretnica?

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.