Kaj počneta kondenzator ali induktor v kretnici zvočnikov?

Malo sem zmeden, točno kondenzatorji ali induktorji v kretnici zvočnikov? Prišli ste na pravo mesto!

V tem članku je vse skupaj z jasnimi in lahko razumljivimi diagrami, ki sem jih naredil sam. Rad bi vam pomagal izvedeti več in razumeti več o teh izjemno uporabnih zvočnih delih. Berite naprej in uživajte!

Induktorji v primerjavi s kondenzatorji – v čem se razlikujejo?

Induktorji in kondenzatorji so osnovne komponente za vse vrste čudovite avdio elektronike, vključno z zvočniškimi sistemi doma ali v avtu. Vsak se šteje za pasivno komponento vrste delov, saj za delovanje ne potrebujejo napajanja.

Kar je res super, je to, da sta si nekakšna polarna nasprotja, vendar lahko delujeta skupaj v kretnici brez napajanja (pasivni kretnici), da močno izboljšata kakovost zvoka in kar najbolje izkoristita zvočnike.

Kaj počne induktor?

Induktor je tesno navita tuljava žice z določenim številom zank, ki se uporablja za izkoriščanje lastnosti, imenovane induktivnost. Induktivnost je težnja prevodnika (natančneje žične tuljave v tem primeru), da nasprotuje spremembi električnega toka, ki teče skozenj, zaradi magnetnih polj, ki jih ustvarja.

Uporabljajo se v električnih motorjih, solenoidih, tuljavah vžigalnih svečk in seveda v križancih zvočnikov. Induktorji se obnašajo kot nasprotje kondenzatorjev:induktor nasprotuje visokofrekvenčnim signalom, kar pomeni, da lažje prepušča nizkofrekvenčne zvočne signale.

Električno vedenje, imenovano reaktanc e je tisto, kar to omogoča. Ko se spremeni frekvenca, se spremeni tudi nasprotovanje induktorja ali kondenzatorja pretoku električne energije.

• Induktivna reaktanca: Induktor ustvari večjo odpornost (impedanco) na tok, ko frekvenca naraste zaradi induktivnosti, ki jo ima.
• Kapacitivna reaktanca: kondenzator ustvari večjo odpornost (impedanco) na tok, ko se frekvenca zmanjša zaradi svoje kapacitivnosti.

Merske enote za induktivnost

Za induktorje je merska enota Henry. Po dogovoru se induktorji običajno prodajajo v enotah milihenrijev (1/1000-in Henryja ali 0,001 Henrija). Tipična kretnica zvočnikov lahko na primer uporablja induktor z vrednostjo 10 mH.

Kako deluje kondenzator?

Kondenzatorji shranjujejo električni naboj z izjemno tankimi in tesno navitimi električnimi vodniki, ločenimi z izolatorjem. To je lahko elektrolit, sljuda ali več drugih vrst materialov. Čeprav ne dopuščajo prehoda signala enosmernega toka (DC), prepuščajo napetost in signale izmeničnega toka (AC).

Imajo zanimivo lastnost:kondenzatorji prepuščajo le visoke frekvence – pri uporabi nižjih frekvenc povečajo svojo impedanco (frekvenčni upor).

Točka, na kateri se to zgodi, je skrbno izbrana kot frekvenca križanja. Obstajata dve osnovni vrsti kondenzatorjev, eden pa se uporablja predvsem za zvok.

Merske enote za kapacitivnost

Za kondenzatorje je merska enota farad. Po dogovoru se kondenzatorji pogosto prodajajo v enotah mikrofaradov (1/1.000.000. farada ali .000.001 F), včasih zapisanih z grško črko mu »µ«, ki predstavlja »mikro«. Na primer, ko kupujete kondenzatorje za lastne kretnice, boste včasih videli kondenzatorje, navedene v »µF«.

Manjši lahko uporabljajo picoFarade (pF) ali nanoFarade (nF), ki so še manjši in se uporabljajo v elektroniki.

Kondenzatorji, ki se uporabljajo v zvoku, so skoraj vedno v območju mikrofaradov. Na primer, blokator nizkih tonov za visokotonec lahko uporablja kondenzator 47 µF.

Pogoste vrste kondenzatorjev, ki jih morate poznati

1. Elektrolitski kondenzator

Elektrolitski kondenzatorji so v bistvu najpogostejši in cenovno najugodnejši tip, zato so priljubljeni v vseh vrstah elektronike in zvočniških aplikacij. Pogosto jih boste našli v pasivni kretnici ali neposredno povezani z visokotoncem kot visokofrekvenčno kretnico.

Imajo tanko kovinsko ohišje in vsebujejo elektrolit med supertankimi naelektrenimi prevodnimi ploščami v notranjosti.

Nepolarizirani elektrolitski kondenzator omogoča prehajanje valovne oblike izmeničnega toka (AC), kot se uporablja za glasbeni signal. Imenujejo se tudi "bipolarni" kondenzatorji. Vrste enosmernega toka pa se ne morejo in smejo uporabljati samo za enosmerni tok, kot je napajalnik.

Opomba: nepolarizirani kondenzatorji so običajno označeni kot taki in so edini tipi, ki jih morate uporabiti za zvok. Polarizirani kondenzatorji se lahko poškodujejo (in celo eksplodirajo!), če se uporabljajo za avdio aplikacije. Imeli boste vsaj popačen zvok, ki ga boste sovražili.

2. Filmski kondenzator

Filmski kondenzator uporablja tanek filmski material za ločevanje nabitih plošč in je običajno nekoliko dražji. Imajo tudi daljšo življenjsko dobo, boljšo zmogljivost (v nekaterih primerih) za zvok in imajo lahko višje temperaturne omejitve.

Filmski kondenzatorji so na voljo tudi v visokonapetostnih tipih, ki so odlični za zvočne modele z vakuumsko cevjo. So tudi dobra nadgradnja za cenejše elektrolitske kondenzatorje, če ste spretni s spajkalnikom.

3. Keramični kondenzatorji

Keramični kondenzatorji se običajno ne uporabljajo v kretnicah, ker so njihove kapacitivnosti običajno precej majhne (v območju picoFarad, na primer), medtem ko za zvočnike pogosto potrebujemo vrednosti območja mikroFarad.

Običajno se uporabljajo za druge namene, kot je obvodni kondenzator v napajalniku za nadzor hrupa električnega signala ali v aktivni kretnici.

Kako deluje kretnica zvočnikov?

Crossover uporablja kondenzator, induktor ali oboje, da omeji frekvenčno območje zvoka, poslanega enemu ali več zvočnikom. To je izjemno uporabno za preprečevanje, da bi nizke frekvence dosegle visokotonec ali da ostro zveneči srednji in visoki toni ne bi dosegli nizkotonca.

Točko križišča pogosto priporoča proizvajalec zvočnikov ali pa jo izberejo kot dober kompromis med mejami frekvenčnega odziva vsakega uporabljenega zvočnika. Na frekvenco filtra (včasih imenovano tudi kotna frekvenca ali Fc) neposredno vpliva impedanca zvočnika.

Razložena pobočja križišča

Ko govorimo o "vrstnem redu" križnega omrežja, mislimo na število stopenj (odsekov). To vpliva na to, kako učinkovit je naklon – zmožnost filtriranja zvoka.

Zasnova 1. reda uporablja en induktor ali kondenzator, medtem ko 2 sestavljata 2. red, trije 3. red in tako naprej. Vsaka stopnja (vrstni red) ima naklon -6dB na oktavo, pri čemer je -12dB/oktavo eden najpogosteje uporabljenih tako za kretnice zvočnikov kot ojačevalnikov.

Križnica 1. reda s kondenzatorjem (visokoprepustni filter)

Visokofrekvenčni filter deluje tako, da prepušča višje frekvence zvočniku in nasprotuje nižjim frekvencam. Pri nižjih frekvencah ima impedanca kondenzatorja zelo visoko ohmsko vrednost, kar močno zmanjša izhodno napetost zvočnika.

Prav tako je pri visokih frekvencah ravno obratno. Pogosto jih boste našli nameščene na avtomobilskem ali domačem visokotonskem zvočniku, ki je nastavljen tako, da blokira predvajanje popačenih in potencialno škodljivih nizkih tonov.

Križnica 1. reda z induktorjem (nizkopasovni filter)

Nizkoprepustni filter deluje tako, da zvočniku blokira višje frekvence in prepusti nižjim frekvencam. Pri višjih frekvencah impedanca induktorja pomeni, da ima zelo visoko vrednost ohmov, kar močno zmanjša izhod v zvočnik.

Ta vrsta se običajno uporablja z nizkotoncem ali srednjetonskim zvočnikom, da se prepreči predvajanje visokih tonov ali "visokih tonov", ki jih ne morejo dobro proizvesti.

Dvosmerne kretnice 2. reda s kondenzatorji in induktorji

Kako delujejo

Dvosmerno omrežje kretnic zvočnikov 2. reda je v bistvu vzporedno združena visokoprepustna in nizkoprepustna filtra.

Ker pa dodajo drugo stopnjo (filter 2. reda, -12 dB/oktavni filter), so boljši od preproste zasnove 1. reda. So tudi najpogostejši tip, ki uporablja nizkotonec in visokotonec za ustvarjanje 2-steznega zvočniškega sistema za domače avdio zvočnike ali komponentni komplet zvočnikov za avtoavdio.

Celo poceni dvosmerni kompleti komponent 2. reda lahko zvenijo odlično z gonilniki zvočnikov dostojne kakovosti in ustreznega dizajna.

Zaradi točke prekrivanja na njihovi mejni frekvenci lahko postanejo stvari nekoliko bolj zapletene, ko gre za dvosmerne križance, kot bom podrobneje razložil spodaj.

Kako deluje:

• Kondenzator C1 zmanjša izhodno napetost visokotonca pod mejno točko. Tuljava L1 še dodatno zmanjša visokofrekvenčne signale, ki so ga dosegli, tako da jih posreduje na povratno pot ojačevalnika ozemljitev/negativ (-).
• Tuljava L2 zmanjša izhodno napetost nizkotonca nad mejno točko, pri čemer nizkofrekvenčne signale posreduje zvočniku. Kondenzator C2 posreduje dodatne visokofrekvenčne signale, ki so ga dosegli, na povratno pot ojačevalnika ozemljitev/negativ (-).

Končni rezultat sta dve stopnji križanja, ki sta razporejeni zaporedno, kar pomeni, da se združita za naklon križnice, ki je 2-krat tako učinkovit kot enostopenjski (-6dB/oktavo) dizajn. To je naklon -12 dB/oktavo.

Zakaj se uporabljajo križanci 1. reda, če so boljši tisti 2. reda?

Medtem ko so navzkrižna omrežja 1. reda zdaj manj pogosta, so še vedno prisotna. Pogosto jih boste našli v:

• Ugodni 2-stezni zvočniški sistemi zvočnikov
• Zasnove, pri katerih je mogoče uporabiti naravno zvijanje zvočnika (padajoč frekvenčni odziv) za zmanjšanje komponent, ki so potrebne za doseganje enakega učinka.
• Enostavne vgrajene kretnice zvočnikov, kot so blokatorji nizkih tonov za uporabo v avtomobilskem stereo sistemu in sorodne aplikacije, kjer je nekaj hitrega in enostavnega idealno.

Na splošno pa so 12dB/oktavne kretnice najbolj priljubljene, saj so dober kompromis med ceno, številom delov in kompleksnostjo. Pravzaprav avtomobilski ojačevalniki in domači AV-sprejemniki običajno uporabljajo zasnovo 12 dB/oktavo (12 dB/oktavo) celo v svojih elektronskih aktivnih kretnicah.

Vrste oblikovanja Crossover

Oblikovalec lahko izbira med številnimi možnimi zasnovami navzkrižnih omrežij, vendar je nekaj prednostnih pred drugimi:

• Butterworth: V svoji standardni konfiguraciji Butterworthova zasnova znaša +3 dB pri prekrivanju mejne frekvence. To je lahko priročno za različne potrebe oblikovanja, kot je upoštevanje odmikov različnih gonilnikov zvočnikov (razmik med zvočniki na njihovi osrednji akustični točki).
• Linkwitz-Riley: Ta vrsta sešteje ravno (0 dB) izhod pri prekrivanju frekvenc kretnice in je ena najpogosteje uporabljenih. V večini primerov je idealna izbira.
• Bessel: Besselova zasnova se ne šteje za "vseprehodno", kot je Linkwitz-Rileyjeva, in se ne sešteva ravno na frekvenčni točki.
• Čebišev: To se ne uporablja pogosto, vendar je lahko koristno, če obstaja potreba po okrepljenem izhodu na križišču, saj Chebyshev zagotavlja vsoto +6 dB.

Zakaj je to pomembno? Običajno za povprečnega človeka to ni veliko pomembno. Če pa vas zanima izdelava lastne kretnice zvočnikov, je koristno razumeti možne možnosti.

Vsaka vrsta navzkrižnega omrežja uporablja nekoliko drugačno matematično formulo za izračun vrednosti delov, ki jih potrebujete. V vseh primerih vam lahko dobra knjiga o načrtovanju zvočnikov pomaga, da to naredite sami, če želite doseči najboljšo zmogljivost ali če vas zanimajo projekti zvočnikov "naredi sam" (DIY).

Se želite naučiti naprednejših veščin oblikovanja zvočnikov ali izdelati lastne kretnice? Toplo priporočam Loudspeaker Design Cookbook avtorja Vancea Dickasona. Poln je odličnih informacij!

Poprodajni križanci za domače ali avtomobilske zvočnike na splošno uporabljajo zasnovo Linkwitz-Riley in seštevajo na raven 0 dB na njihovi točki križanja. Eden od razlogov je, da se domneva, da bodo imeli zvočniki, ki jih uporabljate, ustrezen izhod blizu te točke. Če temu ni tako, lahko sami raziščete naprednejše zasnove in odpravite slabosti določenega zvočnika.

Pomisleki v fazi prehoda

Križnice imajo še eno težavo, s katero se je treba spopasti:vsaka posamezna komponenta kretnice signalu, poslanemu zvočniku, doda fazo (premik) za 90°. Kondenzatorji in induktorji imajo »fazni zamik«, ko gre skozi njih signal.

Pri preprostih enostopenjskih križancih to pravzaprav ni zaskrbljujoče, saj ni nekaj, kar bi zelo verjetno opazili, čeprav je to podrobnost za naprednejše zasnove zvočnikov. Vendar pa pri zasnovah drugega reda to pomeni, da obstaja 180° razlika med obema izhodoma, kar pogosto povzroči "nenavaden" zvok in tudi pomeni, da zvok ne pride do ušes poslušalca hkrati.

Da bi to odpravili, imajo križnice 2. reda/sodnega reda izhod visokotonca običajno obrnjene. Ta obračanje izhoda enega zvočnika pomeni, da sta oba zvočnika "v fazi" in ni več težave z zakasnitvijo zvoka. Če ste kdaj kupili 2-stezne kretnice za zvočnike, verjetno sploh niste vedeli, da so bile tako zasnovane namenoma!

Kaj je navzkrižno omrežje Zobel?

Omrežje Zobel je omrežje za izravnavo impedance, ki se uporablja za kompenzacijo povečanja impedance zvočnika v frekvenčnem območju zaradi induktivnosti glasovne tuljave. Na primer, veliko zvočnikov z zvočno tuljavo običajno kaže povečanje skupne impedance, ko se frekvenca poveča. To lahko vidite na grafih impedance, izrisanih za zvočnike.

Ker na vedenje kretnice neposredno vpliva impedanca, lahko ta preprosta zasnova izboljša delovanje zvočniškega sistema s kompenzacijo in "sploščitvijo" normalnega dviga ohmske obremenitve zvočnika, ki jo opazi kretnica.

Omrežje uporablja preprosto omrežje RC (upor-kondenzator) vzporedno z gonilnikom zvočnikov za izravnavo impedance, zaradi česar ima križanec skoraj ravno impedanco v območju frekvenčnega odziva.

Upor zagotavlja, da je najmanjša skupna impedanca vedno izpolnjena, medtem ko kondenzator deluje tako, da zmanjša skupno obremenitev crossover ohmov, ko frekvenca narašča.

Več odličnih člankov o kretnicah in zvočnikih

Oglejte si moje druge odlične članke, ki vam bodo všeč!

• Kaj je križna frekvenca in kaj počnejo križanja? Osnove, ki jih morate poznati.
• Tukaj se naučite, kako določiti križno frekvenco za zvočnike.
• Več o tem najdete tukaj! Kaj je križna frekvenca Fc in zakaj je pomembna?
• Katera je dobra frekvenca za vaš avto ali domači avdio sistem?
• Kaj se zgodi, če na kretnici uporabite zvočnik z drugačno impedanco?