Mit csinál egy kondenzátor vagy induktor a hangszóró keresztváltóban?

Egy kicsit zavarban van, hogy mit is pontosan kondenzátorok vagy induktorok egy hangszóró keresztváltóban? Jó helyre jött!

Ebben a cikkben mindez megtalálható, valamint az általam készített világos és könnyen érthető diagramok. Szeretnék segíteni, hogy többet tudjon meg és megértsen ezekről a rendkívül hasznos audiorészekről. Olvass tovább és élvezd!

Induktorok és kondenzátorok – miben különböznek egymástól?

Az induktorok és a kondenzátorok mindenféle csodálatos audioelektronika alapelemei, beleértve a hangszórórendszereket otthon vagy az autóban. Mindegyik passzív összetevőnek minősül alkatrészek típusát, mivel működésükhöz nincs szükség tápegységre.

Ami igazán klassz, az az, hogy némileg olyanok, mint a sarkok ellentéte, de együtt tudnak működni egy nem motoros crossoverben (passzív crossoverben), hogy nagymértékben javítsák a hangminőséget, és a legtöbbet hozhassák ki hangszóróiból.

Mit csinál az induktor?

Az induktor egy szorosan feltekercselt huzaltekercs meghatározott számú hurokkal, amelyet az induktivitás nevű tulajdonság kihasználására használnak. Az induktivitás egy vezető (jelen esetben egy huzaltekercs) azon hajlama, hogy ellenezze a rajta átfolyó elektromos áram változását az általa generált mágneses mezők miatt.

Elektromos motorokban, mágnesszelepekben, gyújtógyertya tekercsekben és természetesen hangsugárzó-crossover kialakításokban használják. Az induktorok a kondenzátorok ellentéteként viselkednek:az induktor szembeszáll a nagyfrekvenciás jelekkel, ami azt jelenti, hogy könnyebben továbbítja az alacsony frekvenciájú audiojeleket.

reactanc nevű elektromos viselkedés Ez az, ami ezt lehetővé teszi. Amikor a frekvencia megváltozik, az induktor vagy a kondenzátor ellenállása is változik az elektromos áram áramlásával.

• Induktív reaktancia: Az induktor nagyobb ellenállást (impedanciát) épít fel az árammal szemben, amikor a frekvencia növekszik a benne lévő induktivitás miatt.
• Kapacitív reaktancia: a kondenzátor nagyobb ellenállást (impedanciát) épít fel az árammal szemben, amikor a frekvencia csökken kapacitása miatt.

Az induktivitás mértékegységei

Az induktorok mértékegysége a Henry. Megállapodás szerint az induktorokat általában milliHenries egységekben árusítják (1/1000 Henry vagy 0,001 Henries). Egy tipikus hangsugárzó-crossover például 10 mH értékű induktort használhat.

Hogyan működik a kondenzátor?

A kondenzátorok az elektromos töltést rendkívül vékony és szorosan tekercselt elektromos vezetőkkel tárolják, amelyeket szigetelő választ el. Ez lehet elektrolit, csillám vagy több más típusú anyag. Noha nem engedik át az egyenáramú (DC) jelet, engedik a váltakozó áramú (AC) feszültség és jelek áthaladását.

Érdekes tulajdonságuk van: a kondenzátorok csak magas frekvenciákat engednek át – alacsonyabb frekvenciák alkalmazásakor növelik impedanciájukat (frekvencia alapú ellenállást).

Az a pont, ahol ez megtörténik, gondosan megválasztva a keresztezési frekvencia legyen. A kondenzátoroknak két alapvető típusa van, amelyek közül az egyiket különösen hangra használják.

Kapacitás mértékegységei

A kondenzátorok mértékegysége a Farad. Megállapodás szerint a kondenzátorokat gyakran mikroFarad egységekben árulják (a Farad 1/1 000 000-ed része vagy 0,000 001 F), amelyet néha a görög mu „µ” betűvel írnak a „mikro” jelölésére. Például, ha kondenzátort vásárol saját keresztezőihez, a kondenzátorokat néha „µF”-ban láthatja.

A kisebbeknél picoFarad (pF) vagy nanoFarad (nF) használható, amelyek még kisebbek és az elektronikában használatosak.

A hangban használt kondenzátorok szinte mindig a microFarad tartományba esnek. Például egy magassugárzó mélyhangblokkolója használhat 47 µF-os kondenzátort.

A gyakori kondenzátortípusok, amelyeket tudni kell

1. Elektrolit kondenzátor

Az elektrolitkondenzátorok alapvetően a legelterjedtebb és legkedvezőbb árú típusok, ezért népszerűek mindenféle elektronikai és hangszóró-alkalmazásban. Gyakran találja őket passzív crossoverben, vagy közvetlenül egy magassugárzóhoz csatlakoztatva, magas áteresztőképességű keresztezésként.

Vékony fémházuk van, és elektrolitot tartalmaznak a szupervékony töltött vezetőlemezek között.

A nem polarizált elektrolitkondenzátor lehetővé teszi a váltakozó áram (AC) hullámformájának átadását, például a zenei jelekhez használt hullámformát. Ezeket „bipoláris” kondenzátoroknak is nevezik. Az egyenáramú típusokat viszont nem lehet és szabad csak egyenáramhoz használni, mint például a tápegységben.

Megjegyzés: A nem polarizált kondenzátorok általában ilyenként vannak megjelölve, és csak ezeket a típusokat érdemes használni a hanghoz. A polarizált kondenzátorok megsérülhetnek (sőt fel is robbanhatnak!), ha audioalkalmazásokhoz használják őket. Legalább olyan torz hangja lesz, amelyet utálni fog.

2. Filmkondenzátor

A filmkondenzátorok vékony filmanyagot használnak a töltött lemezek szétválasztására, és általában valamivel drágábbak. Ezenkívül hosszabb élettartamúak, jobb teljesítményt nyújtanak (bizonyos esetekben) a hanghoz, és magasabb hőmérsékleti határértékekkel rendelkeznek.

A filmkondenzátorokat nagyfeszültségű típusokban is kínálják, amelyek kiválóan alkalmasak vákuumcsöves hangrendszerekhez. Az olcsóbb elektrolitkondenzátorokhoz is jó frissítést jelentenek, ha kéznél van a forrasztópáka.

3. Kerámia kondenzátorok

Kerámia kondenzátorokat általában nem használnak keresztváltókban, mert kapacitásértékeik általában meglehetősen kicsik (például a picoFarad tartományban), míg a hangszórókhoz gyakran szükségünk van microFarad tartományértékekre.

Általában más célokra használják őket, például egy megkerülő kondenzátorként a tápegységben az elektromos jelek zajának szabályozására vagy egy aktív keresztváltóban.

Hogyan működik a hangszóró keresztező?

A keresztváltó kondenzátort, induktort vagy mindkettőt használja az egy vagy több hangszóróra küldött hang frekvenciatartományának korlátozására. Ez rendkívül hasznos annak megakadályozására, hogy a mélyhangok elérjék a magassugárzót, vagy a durva hangú közép- és magashangok ne érjenek el egy mélysugárzót.

A keresztezési pontot gyakran a hangszóró gyártója ajánlja, vagy jó kompromisszumként választja ki az egyes használt hangsugárzók frekvenciaátviteli határai között. A szűrőfrekvenciát (ezt időnként sarokfrekvenciának vagy Fc-nek is nevezik) közvetlenül befolyásolja a hangszóró impedanciája.

Crossover lejtők magyarázata

Amikor a crossover hálózat „rendjéről” beszélünk, akkor a szakaszok (szakaszok) számára gondolunk. Ez befolyásolja a meredekség – a hangszűrési képesség – hatékonyságát.

Az elsőrendű kialakítás egyetlen tekercset vagy kondenzátort használ, míg 2 a 2. sorrendet, három a 3. sorrendet és így tovább. Minden fokozat (sorrend) -6 dB oktávonkénti meredekséggel rendelkezik, és a -12 dB/oktáv az egyik leggyakrabban használt hangszóró- vagy erősítő-keresztezés.

Elsőrendű keresztezés kondenzátorral (túláteresztő szűrő)

A felüláteresztő szűrő úgy működik, hogy magasabb frekvenciákat ad át a hangszóróknak, és ellentétes az alacsonyabb frekvenciákkal. Alacsonyabb frekvenciákon a kondenzátor impedanciája nagyon nagy Ohm értékű, ami nagymértékben csökkenti a hangszóró kimeneti feszültségét.

Hasonlóképpen a magas frekvenciákon az ellenkezője igaz. Gyakran előfordul, hogy olyan autóban vagy otthoni magassugárzóban vannak felszerelve, amely megakadályozza a torzító és potenciálisan káros mélyhangok lejátszását.

Elsőrendű keresztváltó induktorral (aluláteresztő szűrő)

Az aluláteresztő szűrő úgy működik, hogy blokkolja a magasabb frekvenciákat a hangszóróban, és lehetővé teszi az alacsonyabb frekvenciák áthaladását. Magasabb frekvenciákon az induktor impedanciája azt jelenti, hogy nagyon magas Ohm-értéke van, ami nagymértékben csökkenti a hangszóró kimenetét.

Ezt a típust általában mélynyomóval vagy középtartományú hangsugárzóval használják, hogy megakadályozzák a magas hangok vagy „magas” hangok lejátszását, amelyeket nem tudnak megfelelően produkálni.

Másodrendű 2 utas keresztváltók kondenzátorokkal és induktorokkal

Hogyan működnek

A kétutas, másodrendű hangszóró-keresztező hálózat lényegében egy párhuzamosan kombinált felül- és aluláteresztő szűrő.

Mivel azonban hozzáadnak egy második fokozatot (2. sorrendű, -12 dB/oktáv szűrő), jobban teljesítenek, mint egy egyszerű, elsőrendű kialakítás. Ezek a legelterjedtebb típusok is:mély- és magassugárzót használnak kétutas hangsugárzórendszer létrehozására otthoni hangszórókhoz, vagy komponens hangszórókészletet az autóhangosításhoz.

Még az olcsó, kétutas, másodrendű alkatrészkészletek is kiválóan hangzanak tisztességes minőségű és megfelelő kialakítású hangszóró-meghajtókkal.

A vágási frekvencián lévő átfedési pontok miatt a dolgok egy kicsit bonyolultabbak lehetnek a kétirányú keresztezések esetében, amint azt alább kifejtem.

Hogyan működik:

• C1 kondenzátor a vágási pont alá csökkenti a magassugárzó kimeneti feszültségét. L1 induktor tovább csökkenti az azt elért nagyfrekvenciás jeleket azáltal, hogy továbbítja azokat a föld/negatív (-) erősítő visszatérési útjára.
• L2 tekercs csökkenti a mélysugárzó kimeneti feszültségét a vágási pont felett, és az alacsony frekvenciájú jeleket továbbítja a hangszórónak. C2 kondenzátor további nagyfrekvenciás jeleket továbbít, amelyek elérték a földet/negatív (-) erősítő visszatérési útvonalát.

A végeredmény két keresztezési fokozat, amelyek egymás után vannak elosztva, ami azt jelenti, hogy összekeverik a keresztezési lejtőt, amely kétszer olyan hatékony, mint az egyfokozatú (-6 dB/oktáv) kialakítás. Ez -12dB/oktáv meredekség.

Miért használnak elsőrendű keresztváltókat, ha a másodrendűek jobbak?

Bár az elsőrendű crossover hálózatok már kevésbé elterjedtek, még mindig léteznek. Gyakran megtalálja őket a következő helyen:

• Kedvező árú, kétutas hangsugárzó-rendszerek
• Olyan kialakítások, ahol a hangsugárzó természetes gurulása (eső frekvencia-válasz) felhasználható az azonos hatás eléréséhez szükséges összetevők csökkentésére.
• Egyszerű beépített hangsugárzók, például basszusblokkolók autós sztereó használathoz és kapcsolódó alkalmazásokhoz, ahol valami gyors és egyszerű az ideális.

Általánosságban elmondható azonban, hogy a 12 dB/oktávos keresztváltók a legnépszerűbbek, mivel jó kompromisszumot jelentenek a költségek, az alkatrészek száma és a bonyolultság között. Valójában az autós erősítők és az otthoni AV-vevők általában 12 dB/oktáv (12 dB/oktáv) kialakítást használnak még elektronikus aktív keresztváltóikban is.

Crossover tervezési típusok

A tervezők számos lehetséges keresztezési hálózatot választhatnak, de néhányat előnyben részesítenek másokkal szemben:

• Butterworth: Standard konfigurációjában a Butterworth-konstrukció +3 dB-t tesz ki a vágási frekvencia átfedésénél. Ez hasznos lehet különféle tervezési igényekhez, például a különböző hangsugárzó-meghajtók eltolásainak figyelembevételéhez (a hangszórók közötti távolság a központi akusztikai pontjukon).
• Linkwitz-Riley: Ez a típus egy lapos (0dB) kimenetet ad a keresztezési frekvencia átfedésnél, és az egyik leggyakrabban használt típus. A legtöbb esetben ideális választás.
• Bessel: A Bessel-terv nem tekinthető „minden áthaladónak”, mint a Linkwitz-Riley-nek, és a frekvenciapontban nem összegezhető.
• Csebisev: Nem gyakran használják, ez akkor lehet hasznos, ha megnövelt kimenetre van szükség a keresztezési pontnál, mivel a Csebisev +6 dB összeget biztosít.

Miért számít ez? Általában ez nem sokat számít az átlagember számára. Ha azonban saját hangszóró-crossover készítése iránt érdeklődik, hasznos lehet megérteni a lehetséges lehetőségeket.

Minden keresztezési hálózattípus egy kissé eltérő matematikai képletkészletet használ a szükséges részértékek kiszámításához. Egy jó hangszórótervező könyv minden esetben segíthet abban, hogy saját kezűleg megcsinálja, ha a legjobb teljesítményt szeretné elérni, vagy ha a barkácsolási projektek iránt érdeklődik.

Szeretne haladóbb hangszórótervezési készségeket elsajátítani, vagy saját crossovereket szeretne készíteni? Nagyon ajánlom Vance Dickason hangszórótervezési szakácskönyvét. Tele van kiváló információkkal!

Az utángyártott otthoni vagy autós hangsugárzók általában Linkwitz-Riley dizájnt használnak, és a keresztezési pontjukon 0 dB szintet adnak össze. Ennek egyik oka az, hogy feltételezhető, hogy az Ön által használt hangszórók megfelelő kimenettel rendelkeznek az adott pont közelében. Ha ez nem így van, saját maga is megvizsgálhatja a fejlettebb terveket, és kompenzálhatja az adott hangszóró gyengeségeit.

A keresztezési fázissal kapcsolatos problémák

A keresztváltókkal egy másik probléma is meg kell küzdenie:minden egyes keresztező komponens 90°-os fázist (eltolódást) ad a hangszórónak küldött jelhez. A kondenzátorok és induktorok „fáziseltolást” mutatnak, amikor egy jel áthalad rajtuk.

Az egyszerű, egyfokozatú crossovereknél ez nem igazán aggodalomra ad okot, mivel valószínűleg nem veszi észre, bár ez egy részlet a fejlettebb hangsugárzók kialakításához. Másodrendű kiviteleknél azonban ez azt jelenti, hogy 180°-os különbség van a két kimenet között, ami gyakran „furcsa” hangot eredményez, és azt is jelenti, hogy a hang nem egyszerre érkezik meg a hallgató fülébe.

Ennek orvoslására a 2. sorrendű/páros sorrendű keresztváltóknál a magassugárzó kimenete általában megfordul. Az egyik hangszórókimenet megfordítása azt jelenti, hogy mindkét hangszóró „fázisban van”, és többé nincs probléma a hang késleltetésével. Ha vásárolt már 2-utas hangsugárzó-keresztezőt, valószínűleg nem is tudta, hogy szándékosan így tervezték!

Mi az a crossover Zobel hálózat?

A Zobel-hálózat egy impedanciakiegyenlítő hálózat, amelyet a hangtekercs induktivitása miatti hangszóró-impedancia-növekedés kompenzálására használnak a frekvenciatartományban. Például sok hangtekerccsel rendelkező hangszóró teljes impedanciája általában nő a frekvencia növekedésével. Ezt láthatja a hangszórókra felvett impedanciagrafikonokon.

Mivel a crossover viselkedését közvetlenül befolyásolja az impedancia, ez az egyszerű kialakítás javíthatja a hangsugárzórendszer teljesítményét azáltal, hogy kompenzálja és „kiegyenlíti” a hangsugárzó Ohm-terhelésének normál növekedését, amelyet a crossover észlel.

A hálózat egy egyszerű RC (ellenállás-kondenzátor) hálózatot használ párhuzamosan egy hangsugárzó-meghajtóval az impedancia kiegyenlítésére, ami azt eredményezi, hogy a keresztváltó majdnem lapos impedanciát lát a frekvencia-válasz tartományban.

Az ellenállás biztosítja, hogy a minimális teljes impedancia mindig teljesüljön, miközben a kondenzátor a frekvencia növekedésével csökkenti a teljes keresztezési Ohm-terhelést.

További nagyszerű crossover és hangszóró cikkek

Tekintse meg további nagyszerű cikkeimet, amelyeket imádni fog!

• Mi az a keresztezési frekvencia, és mit csinálnak a keresztezések? Az alapvető tudnivalók.
• Itt megtudhatja, hogyan határozhatja meg a hangszórók keresztezési frekvenciáját.
• Itt tudhat meg többet! Mi az Fc keresztezési frekvencia, és miért számít?
• Mi a jó frekvencia autójában vagy otthoni audiorendszerében?
• Mi történik, ha más impedanciájú hangszórót használ egy keresztváltón?