Zadaniem g³oœnika, jako przetwornika

elektroakustycznego jest odtwarzanie
dŸwiêku. Dla zrozumienia w jaki sposób
nastêpuje odtwarzanie dŸwiêku wskazane
jest okreœlenie samego dŸwiêku. Mo¿na
powiedzieæ, ¿e ka¿dy drgaj¹cy obiekt znaj-
duj¹cy siê w oœrodku fizycznym (np. po-
wietrzu) wywo³uje fale dŸwiêkowe. Poru-
szaj¹cy siê obiekt wprowadza w ruch naj-
bli¿sze cz¹stki, które przekazuj¹ energiê ko-
lejnym itd. W ten sposób powstaje zabu-
rzenie oœrodka przemieszczaj¹ce siê w nim
i nazywane fal¹. Fala ta docieraj¹c do na-
szych uszu wywo³uje wra¿enie dŸwiêku.

Fala dŸwiêkowa jest wiêc przemie-

szczaj¹cym siê zaburzeniem ciœnienia po-
wietrza, jakie istnieje w otaczaj¹cej nas
atmosferze. Charakteryzuje j¹ szybkoœæ
przemieszczania, która w powietrzu wy-
nosi oko³o 340 m/s. W przypadku fali
okresowej np. sinusoidalnie zmiennej ko-
lejnym parametrem jest czêstotliwoœæ.
Czêstotliwoœæ okreœla iloœæ pe³nych zabu-
rzeñ ciœnienia w ci¹gu 1 s. Maj¹c szybkoœæ
v [m/s] i czêstotliwoœæ f [Hz] mo¿na okre-

œliæ d³ugoœæ fali

l [m]. D³ugoœæ fali jest od-

leg³oœci¹ na jakiej wystêpuje pe³na zmia-
na zaburzenia.

Fala sinusoidalna jest przypadkiem

idealnym. DŸwiêki instrumentów jak i g³os
wywo³uj¹ zaburzenia odbiegaj¹ce kszta³-
tem od sinusoidy. Jeœli s¹ przebiegami
okresowymi, mo¿na zgodnie z twierdze-
niem Fouriera przedstawiæ je jako sumê
sk³adowych sinusoidalnych o czêstotliwo-
œciach harmonicznych tzn. bêd¹cych wie-
lokrotnoœciami ca³kowitymi czêstotliwoœci
podstawowej. Inaczej, do ucha dobiega
wtedy zestaw sinusoid. Czêstotliwoœæ pod-
stawowa nazywana jest czêsto wysokoœci¹
dŸwiêku natomiast iloœæ i proporcje har-
monicznych decyduj¹ o barwie dŸwiêku.

Ró¿nica miêdzy ciœnieniem istniej¹-

cym w œrodowisku a wywo³anym przez
zaburzenie dŸwiêkowe nazywana jest ci-
œnieniem akustycznym. Ciœnienie atmo-
sferyczne stanowi sk³adow¹ sta³¹ ciœnie-
nia, natomiast ciœnienie akustyczne jest
amplitud¹ sk³adowej zmiennej. Jednostk¹

ciœnienia akustycznego jest paskal [Pa].
Wartoœæ ciœnienia akustycznego zmniejsza
siê w miarê oddalania siê od Ÿród³a
dŸwiêku. Ograniczona czu³oœæ ucha po-
zwala na s³yszenie dŸwiêków o minimal-
nym ciœnieniu akustycznym wynosz¹cym
2·10

–5

Pa. Powy¿ej ciœnienia akustyczne-

go rzêdu 10

2

Pa nastêpuje wra¿enie bólu.

Kolejnym parametrem jest natê¿enie

dŸwiêku, charakteryzuj¹ce energiê zabu-
rzenia ciœnienia. Jest ono okreœlane jako
moc akustyczna przep³ywaj¹ca przez
1 m

2

powierzchni prostopad³ej do kierun-

ku rozchodzenia siê fali. Jednostk¹ natê¿e-
nia jest [W/m

2

]. Natê¿enie dŸwiêku male-

je z kwadratem odleg³oœci od punktowego
Ÿród³a dŸwiêku. Progowi s³yszalnoœci od-
powiada natê¿enie dŸwiêku wynosz¹ce
10

–12

W/m2. Natomiast s³yszenie bolesne

nastêpuje przy natê¿eniu dŸwiêku rzêdu
1 W/m

2

. Moce akustyczne wystêpuj¹ce

przy mowie wynosz¹ od 0,01

mW do

2 mW, przy muzyce dochodz¹ do 25 W.
Zakresy ciœnieñ akustycznych i natê¿eñ
dŸwiêku s¹ wiêc bardzo du¿e i dlatego
czêsto korzysta siê tu z miary logarytmicz-
nej czyli decybeli [dB]. Progowi s³yszenia
odpowiada 0 dB, natomiast poziomowi
s³yszenia bolesnego 120 dB.

Ju¿ wiemy, ¿e g³oœnik bêdzie urz¹-

dzeniem technicznym do wytwarzania za-
burzeñ ciœnienia. W g³oœniku dynamicz-
nym do tego celu s³u¿y membrana poru-
szana uzwojeniem znajduj¹cym siê w po-
lu magnetycznym. Uproszczony przekrój
g³oœnika pokazuje rysunek 1.

Konstrukcjê mechaniczn¹ g³oœnika

stanowi tzw. kosz. Wewn¹trz niego znaj-
duje siê membrana zamocowana za po-
moc¹ dwóch tzw. resorów (górnego i dol-
nego). Do dolnej czêœci membrany przy-
mocowana jest cewka, która znajduje siê
w polu magnetycznym wytworzonym
przez uk³ad magnetyczny g³oœnika. Zasa-
dnicz¹ czêœci¹ uk³adu magnetycznego jest
magnes pierœcieniowy (najczêœciej ferry-
towy). Z magnesem stykaj¹ siê nabiegun-
niki wykonane z miêkkiego materia³u ma-
gnetycznego. W³aœnie w ich szczelinie jest
umieszczona cewka g³oœnika. Przep³ywa-
j¹cy przez cewkê pr¹d powoduje powsta-
nie si³y zgodnie ze znanym wzorem:

Wierne odtwarzanie dŸwiêku jest celem budowy toru elektroaku-
stycznego, który zaczyna siê od mikrofonu w studiu nagrañ
a koñczy na g³oœnikach lub s³uchawkach. W³aœnie te koñcowe
przetworniki decyduj¹ o jakoœci odtwarzania i wp³ywaj¹ na oce-
nê ca³ego toru. Na nic siê zdadz¹ super parametry odtwarzacza
i wzmacniacza jeœli póŸniej wszystko zepsuj¹ z³ej jakoœci i nieod-
powiednio dobrane zespo³y g³oœnikowe. W kolejnych numerach
czasopisma przedstawimy najwa¿niejsze zasady dotycz¹ce zasto-
sowañ g³oœników i wykonywania obudów g³oœnikowych. Przy
odrobinie zaciêcia do majsterkowania mo¿na pokusiæ siê o wyko-
nanie pe³nowartoœciowych zestawów g³oœnikowych, których cena
(bez uwzglêdnienia w³asnej pracy) bêdzie na pewno mniejsza ni¿
zestawów fabrycznych.

G³oœniki i obudowy

cewka

S

S

N

N

N

S

S

N

kosz

membrana

Rys. 1 G³oœnik dynamiczny

DŸwiêk i jego parametry

l =

v

f

G³oœnik dynamiczny
jego w³aœciwoœci

F

B I l

= × ×

12

5/2000

Elektroakustyka

gdzie:
B – indukcja magnetyczna w szczelinie,
I – wartoœæ pr¹du,
l – d³ugoœæ przewodnika.

Doprowadzenie do cewki zmiennego

pr¹du powoduje zmiany wielkoœci i kie-
runku si³y dzia³aj¹cej na cewkê i membra-
nê, wprawiaj¹c j¹ w drgania. Poruszane
przez membranê powietrze tworzy falê
akustyczn¹.

Idea³em by³aby neutralnoœæ g³oœnika

tzn. odtwarzanie wszystkich dŸwiêków
zgodnie z ich oryginalnym brzmieniem.
Przyjrzyjmy siê zachowaniu g³oœnika przy
podaniu na jego zaciski szybko narastaj¹-
cego napiêcia co odpowiadaæ mo¿e zmia-
nie ciœnienia z jednego poziomu na inny
(u Ÿród³a sygna³u). Odpowiednie przebie-
gi prezentuje rysunek 2.

Górny wykres przedstawia przebieg

napiêcia doprowadzonego do zacisków
g³oœnika w funkcji czasu. Œrodkowy prze-
bieg odpowiada wychyleniu membrany,
a dolny to wytworzone przez membranê
ciœnienie akustyczne. Wskutek koniecznoœci
pokonania oporów zawieszenia g³oœnika,

oporu powietrza i okreœlonej masy mem-
brany zmiana jej po³o¿enia nastêpuje
z opóŸnieniem. Nastêpnie widaæ przekro-
czenie po³o¿enia ustalonego, to w³aœnie
bezw³adnoœæ membrany. Wytworzone ci-
œnienie akustyczne zupe³nie nie odpowia-
da przebiegowi doprowadzonego napiê-
cia. Jest ono impulsem szpilkowym. Prze-
suniêta membrana nie wytwarza ciœnienia
akustycznego. Mo¿na wrêcz zauwa¿yæ, ¿e
powstanie ciœnienia akustycznego wymaga
ruchu membrany. Wartoœæ ciœnienia jest
proporcjonalna do przyspieszenia ruchu
membrany. Matematycznie jest proporcjo-
nalna do pochodnej wychylenia.

W³aœciwoœæ ta nie jest na szczêœcie

dyskwalifikuj¹c¹ dzia³anie g³oœnika. Ucho
ludzkie tak¿e reaguje jedynie na zmiany
ciœnienia. Dodatkowo przy odtwarzaniu
przebiegów sinusoidalnie zmiennych ich
przebieg zostaje odwzorowany poniewa¿
pochodna sinusa to cosinus – jedynie wy-
stêpuje przesuniêcie fazy o 90°. Jednak
opóŸnienia wyst¹pi¹ i tutaj zmniejszaj¹c
szybkoœæ narastania natê¿enia dŸwiêku.
Mo¿na sporz¹dziæ schemat mechaniczny
wykorzystywany do opisu dzia³ania g³o-
œnika pokazany na rysunku 3.

Zawieszenie membrany to sprê¿yna,

na której zamocowana jest masa membra-
ny poruszana si³¹ F. Masa membrany
i sprê¿yste zawieszenie s¹ przyczyn¹ bez-
w³adnoœci. Uk³ad ten charakteryzuje siê
tak¿e rezonansem, odpowiadaj¹cym
zwiêkszeniu amplitudy drgañ przy pewnej
czêstotliwoœci zwanej rezonansow¹. Uzy-
skanie jednakowych poziomów ciœnienia
akustycznego przy niskich i wysokich czê-
stotliwoœciach wymaga innych g³oœników.
Do odtwarzania niskich czêstotliwoœci nie-
zbêdna jest du¿a membrana i du¿e od-
kszta³cenie zawieszenia (du¿y skok mem-
brany). Do odtwarzania wysokich czêsto-
tliwoœci niezbêdna jest lekka i delikatnie
zamocowana membrana poniewa¿ zmia-

ny jej po³o¿enia musz¹ zachodziæ du¿o
szybciej. Prowadzi to do realizacji zespo-
³ów g³oœnikowych zawieraj¹cych dwa lub
wiêcej g³oœników przewidzianych do od-
twarzania ró¿nych czêstotliwoœci. Sygna³y
do tych g³oœników s¹ doprowadzane za
poœrednictwem odpowiednich filtrów.

Ruch membrany g³oœnika podlega

tak¿e t³umieniu. T³umienie mechaniczne
wprowadza zawieszenie g³oœnika. T³umie-
nie elektryczne wywo³ane jest przez ha-
muj¹ce dzia³anie cewki g³oœnika porusza-
j¹cej siê w polu magnetycznym przy za-
mkniêtych jej zaciskach (np. rezystancj¹
wyjœciow¹ wzmacniacza).

Istotnym parametrem g³oœnika jest

efektywnoœæ E okreœlana jako stosunek ci-
œnienia akustycznego p wytworzonego
przez g³oœnik zasilany moc¹ 1 W o czêsto-
tliwoœci 1 kHz, mierzonego na osi g³oœni-
ka w odleg³oœci 1 m, do ciœnienia p

0

od-

powiadaj¹cego progowi s³yszalnoœci. Wy-
ra¿ana jest w decybelach.

Efektywnoœæ g³oœnika jest zale¿na od czê-
stotliwoœci, co uwidacznia rysunku 4.

Na charakterystyce tej przedstawiono

tak¿e przebieg impedancji g³oœnika z (do-
k³adnie modu³u impedancji), okreœlonej
jako stosunek wartoœci skutecznych napiê-
cia do pr¹du p³yn¹cego przez cewkê g³o-
œnika. Za impedancjê znamionow¹ uwa¿a
siê najni¿sz¹ jej wartoœæ w paœmie odtwa-
rzanych czêstotliwoœci (powy¿ej czêstotli-
woœci rezonansowej). Czasem jako impe-
dancjê znamionow¹ traktuje siê impedan-
cjê g³oœnika przy czêstotliwoœci 1 kHz.

Przy niskich czêstotliwoœciach nastê-

puje wzrost impedancji wywo³any rezo-
nansem g³oœnika. Maksimum impedancji
przy niskich czêstotliwoœciach okreœla do-
k³adnie czêstotliwoœæ rezonansow¹ g³o-
œnika. Poni¿ej tej czêstotliwoœci efektyw-
noœæ silnie spada. Praktycznie widaæ ru-
chy membrany ale nic nie s³ychaæ.

Tylko niewielki procent mocy dopro-

wadzanej do g³oœnika jest zamieniany na

F

Membrana

m

membrany

Zawieszenie

Rys. 3 Schemat mechaniczny g³oœnika

70

20

50

100

200

500

f

[Hz]

1k

2k

5k

10k

20k

8

80

16

[E]

[dB]

90

Z---

–– E

Rys. 4 Charakterystyka czêstotliwoœciowa g³oœnika

0

[S]

t

P

[N/m

2

]

0

[S]

t

[mm]

d

t

[S]

0

u

[V]

Rys. 2 OdpowiedŸ impulsowa g³oœnika

[ ]

E

p

p

dB

= 20 log

13

0

5/2000

G³oœniki i obudowy

moc akustyczn¹. Okreœla to sprawnoœæ
g³oœnika

h wyra¿ana w [%]. Jest ona sto-

sunkiem mocy akustycznej do mocy elek-
trycznej. Sprawnoœæ g³oœnika zale¿y od
czêstotliwoœci a jej przebieg ma kszta³t
zbli¿ony do przebiegu impedancji. Z t¹
ró¿nic¹, ¿e przebieg sprawnoœci opada ze
wzrostem czêstotliwoœci. WyraŸny wzrost
sprawnoœci nastêpuje przy czêstotliwoœci
rezonansowej. Sprawnoœæ g³oœników wy-
nosi od 0,1 do 2% w œrodkowej czêœci
u¿ytecznego pasma czêstotliwoœci. Przy
rezonansie wzrasta do 10%.

Moc znamionowa g³oœnika jest to

najwiêksza wartoœæ mocy pozornej
(U x I), która mo¿e byæ doprowadzona do
g³oœnika w sposób ci¹g³y, nie doprowa-
dzaj¹c do jego uszkodzenia i nie powodu-
j¹c przekroczenia dopuszczalnych znie-
kszta³ceñ nieliniowych.

Inn¹ w³aœciwoœci¹ g³oœnika jest kie-

runkowoœæ promieniowania. Okreœla siê
j¹ przez pomiar efektywnoœci pod ró¿ny-
mi kierunkami do osi g³ównego kierunku
promieniowania. Ze wzrostem czêstotli-
woœci charakterystyka promieniowania

g³oœnika ulega zawê¿eniu. W celu popra-
wienia tej w³aœciwoœci stosuje siê ró¿ne
œrodki zaradcze, ³¹cznie z tzw. membrana-
mi kopu³kowymi.

Sam g³oœnik bez obudowy promie-

niowa³by s³abo lub wcale by nie promie-
niowa³ tonów niskich. Dzieje siê to wsku-
tek wyrównywania siê ciœnieñ akustycz-
nych wytworzonych z przedniej i tylnej
strony membrany. Zadaniem obudowy
jest zwiêkszenie drogi fal dŸwiêkowych
miêdzy przodem i ty³em membrany. Od-
twarzanie ni¿szych czêstotliwoœci wymaga
obudowy o wiêkszych rozmiarach.

Odgroda p³aska (rys. 5a) jest sztywn¹

p³yt¹ o wymiarach zale¿nych od najni¿-
szej czêstotliwoœci odtwarzanej. Aktualnie
jest praktycznie stosowana jedynie do po-
miarów g³oœników.

Bardzo podobna do niej jest obudo-

wa otwarta (rys. 5b). Poprawê jej w³aœci-
woœci uzyskuje siê przez wy³o¿enie we-
wnêtrznych czêœci œcianek materia³em t³u-
mi¹cym (pianka, wata itp.).

Obudowa zamkniêta (rys. 5c), nazy-

wana obudow¹ kompakt ma ju¿ zupe³nie

inne w³aœciwoœci. Nawet przy najni¿szych
czêstotliwoœciach nie wystêpuje wyrów-
nywanie siê ciœnieñ akustycznych z obu
stron membrany. Negatywn¹ jej stron¹
jest podnoszenie czêstotliwoœci rezonan-
sowej g³oœnika (zamkniête w obudowie
powietrze zwiêksza si³ê sprê¿ystoœci za-
wieszenia). Wymaga to stosowania spe-
cjalnych g³oœników o niskiej czêstotliwoœci
rezonansowej (gumowe resory górne).
Wnêtrze obudowy zamkniêtej wype³nia
siê ca³kowicie materia³em t³umi¹cym.

Obudowa rezonansowa – basreflex

(rys. 5d) jest odmian¹ obudowy zamkniê-
tej wyposa¿onej w otwór i ewentualnie
kana³. Pozwala na dodatkowe wykorzysta-
nie mocy tonów niskich promieniowanych
przez tyln¹ stronê membrany. Uzyskuje siê
to przez odwrócenie o 180° fali wytwo-
rzonej przez ty³ membrany i wypromie-
niowanie jej przez otwór w obudowie ja-
ko fali w fazie zgodnej z promieniowan¹
przez przód membrany. Przez odpowie-
dnie dobranie pojemnoœci obudowy
i ewentualnie d³ugoœci kana³u mo¿na
znacznie poprawiæ odtwarzanie niskich
czêstotliwoœci. Œcianki takiej obudowy po-
winny byæ wy³o¿one materia³em t³umi¹-
cym. Otwór lub wlot kana³u nie powinny
byæ zas³oniête. Nie odgrywa przy tym
wiêkszej roli, czy otwór znajduje siê
w przedniej czy tylnej œciance obudowy.

Zaprezentowane rodzaje obudów nie

wyczerpuj¹ pe³nej ich gamy. Aktualnie naj-
czêœciej stosowanymi obudowami s¹: obu-
dowa zamkniêta i obudowa rezonansowa.
Ich w³aœciwoœciami zajmiemy siê dok³a-
dniej w kolejnym artykule z tego cyklu.

d)

c)

b)

a)

Rys. 5 Rodzaje obudów g³oœnikowych

à

R.K.

14

5/2000

G³oœniki i obudowy

Jak ju¿ zauwa¿yliœmy w pierwszej

czêœci cyklu, z mechanicznego punktu wi-
dzenia g³oœnik dynamiczny stanowi sy-
stem sk³adaj¹cy siê z masy (membrany)
zawieszonej sprê¿yœcie i poruszanej si³¹.
Krótko dzia³aj¹ca si³a spowoduje porusze-
nie membrany. Zanim nast¹pi powrót
membrany do po³o¿enia spoczynkowego
wykona ona drgania gasn¹ce o czêstotli-
woœci zale¿nej od masy membrany i sprê-
¿ystoœci zawieszenia. Jest to tzw. czêstotli-
woœæ w³asna drgañ, nazywana inaczej
czêstotliwoœci¹ rezonansow¹.

Mechaniczny uk³ad drgaj¹cy mo¿na

zast¹piæ analogicznym uk³adem elek-
trycznym. Masa uk³adu mechanicznego
odpowiada indukcyjnoœci a sprê¿ystoœæ
pojemnoœci. Wygasanie drgañ œwiadczy
o wystêpowaniu strat. W uk³adzie elek-
trycznym sumaryczne straty reprezentuje
rezystancja. Wspó³czynnikiem zale¿nym
od strat jest dobroæ. Mo¿na stwierdziæ ¿e
jest ona odwrotnie proporcjonalna do
wielkoœci strat.

W g³oœniku dynamicznym straty ener-

gii okreœlane s¹ jako tzw. t³umienie. Wy-
stêpuj¹ dwa zasadnicze typy t³umienia:
mechaniczne i elektryczne. T³umienie me-
chaniczne zale¿y od strat energii w reso-
rach górnym i dolnym g³oœnika. Minimal-
ne t³umienie wywo³uje zamiana energii
mechanicznej na akustyczn¹ jaka dokonu-
je siê w g³oœniku. T³umienie elektryczne
wywo³ane jest hamuj¹cym dzia³aniem
przep³ywu pr¹du w cewce g³oœnika, który
powstaje wskutek indukowania siê SEM
w poruszaj¹cej siê cewce. Praktycznie czê-
œciej ni¿ t³umieniem operuje siê jego od-
wrotnoœci¹ czyli dobroci¹. G³oœnik o wiêk-
szej dobroci charakteryzuje siê mniejszym
t³umieniem a wiêc wiêksz¹ bezw³adnoœci¹
membrany i d³u¿szym czasem wygaszania
jej drgañ swobodnych. Czêsto nazywamy
to miêkkim zawieszeniem membrany.

Podane skrótowo w³aœciwoœci s¹

podstaw¹ zestawu parametrów u¿ywa-
nych przy projektowaniu zastosowañ g³o-
œników a zw³aszcza obudów. Parametry te
od nazwisk ich twórców nazywane s¹ pa-
rametrami Thiele-Small. Ni¿ej podamy
zestawienie tych parametrów:

f

s

– czêst. rezonansowa g³oœnika [Hz],

V

as

– objêtoœæ zastêpcza zale¿na od sprê-

¿ystoœci zawieszenia i powierzchni
membrany [l] (inaczej jest to po-
jemnoœæ obudowy zamkniêtej
zwiêkszaj¹cej czêstotliwoœæ rezo-
nansow¹ g³oœnika 1,42 razy),

Q

ms

– dobroæ mechaniczna (odwrotnoœæ

t³umienia mechanicznego),

Q

es

– dobroæ elektryczna (odwrotnoœæ

t³umienia elektrycznego, przy za³o-
¿eniu rezystancji wyjœciowej
wzmacniacza równej 0

W),

Q

ts

– dobroæ wypadkowa w otwartym

powietrzu (odwrotnoϾ sumaryczne-
go t³umienia mechanicznego i elek-
trycznego g³oœnika bez obudowy).

Maj¹c dobroæ mechaniczn¹ i elek-

tryczn¹, dobroæ wypadkow¹ mo¿na obli-
czyæ korzystaj¹c z nastêpuj¹cego wzoru:

Dobroæ wypadkowa g³oœników niskotono-
wych powinna zawieraæ siê w przedziale
od 0,25 do 0,7.

Podstaw¹ w muzyce i odtwarzaniu

dŸwiêku jest tzw. fundament basowy. Od-
twarzanie soczystych niskich tonów przy
dobrych w³aœciwoœciach impulsowych
jest cech¹ prawid³owo zaprojektowanej
kolumny g³oœnikowej. Wymaga to dopa-
sowania w³aœciwoœci g³oœnika niskotono-
wego i obudowy.

KoniecznoϾ stosowania obudowy

g³oœnika wynika z potrzeby oddzielenia
tylnej strony membrany od przedniej.
Zw³aszcza przy niskich czêstotliwoœciach
nastêpuje zwarcie fal akustycz-
nych promieniowanych przez
obie strony membrany i zdecy-
dowane zmniejszenie ciœnienia
akustycznego.

Obudowa zamkniêta wyda-

je siê radykalnym œrodkiem na
odizolowanie obu stron mem-
brany. Fala akustyczna promie-
niowana jest przez przedni¹
czêœæ membrany. Energia pro-
mieniowana przez tyln¹ stronê

jest absorbowana we wnêtrzu obudowy.
Szczelne zamkniêcie tylnej strony g³oœnika
powoduje sprê¿anie powietrza w obudo-
wie podczas ruchu membrany do wnêtrza
i rozprê¿anie podczas ruchu na zewn¹trz.
W obudowie powstaje poduszka powie-
trzna dzia³aj¹ca na g³oœnik jak dodatkowa
sprê¿yna. Uk³ad mechaniczny obudowy
zamkniêtej pokazuje rysunek 1.

Czêsto nawet mówi siê o zawieszeniu

powietrznym g³oœnika w obudowie za-
mkniêtej. Dotyczy to zw³aszcza g³oœników
o miêkkim zawieszeniu. Zmiana sprê¿y-
stoœci zawieszenia g³oœnika (w odniesie-
niu do otwartej przestrzeni) spowoduje
zmianê czêstotliwoœci rezonansowej
a konkretnie jej podwy¿szenie zgodnie
z podanym ni¿ej wzorem.

gdzie:
V

b

РpojemnoϾ obudowy [l],

f

c

– czêstotliwoœæ rezonansowa g³oœnika

w obudowie zamkniêtej,

W³aœnie ten wzór pokazuje, ¿e czêsto-

tliwoœæ rezonansowa wzroœnie 1,42 razy
kiedy V

as

= V

b

. Tak wiêc zmieniaj¹c objê-

toœæ obudowy w odniesieniu do objêtoœci
zastêpczej mo¿na zmieniaæ w³aœciwoœci g³o-
œnika w obudowie. W ten sam sposób
zmienia siê dobroæ wypadkowa g³oœnika po
zamontowaniu w obudowie zamkniêtej.

gdzie:
Q

tc

– wypadkowa dobroæ g³oœnika

w obudowie zamkniêtej.

Zmieniaj¹c dobroæ wypadkow¹ g³o-

œnika w obudowie zamkniêtej przez dobór
objêtoœci wewnêtrznej obudowy zmieniaæ
mo¿na charakterystykê czêstotliwoœciow¹
g³oœnika w obudowie w pobli¿u czêstotli-
woœci rezonansowej. Poni¿ej czêstotliwo-
œci rezonansowej g³oœnika nastêpuje rady-
kalny spadek ciœnienia akustycznego z na-

G³oœniki i obudowy

– obudowa zamkniêta

33

0

6/2000

Elektroakustyka

powietrzna

Poduszka

Membrana

membrany

Zawieszenie

Rys. 1 Mechanika obudowy zamkniêtej

Parametry Thiele-Small’a

Q

Q

Q

Q

Q

ts

ms

es

ms

es

=

×

+

f

f

V

V

c

s

as

b

= × +

1

Q

Q

V

V

tc

ts

as

b

=

× +

1

Obudowa zamkniêta

chyleniem 12 dB/okt. Przyk³adowe prze-
biegi wzglêdnej charakterystyki czêstotli-
woœciowej g³oœnika w obudowie zamkniê-
tej przy ró¿nych wartoœciach dobroci wy-
padkowej przedstawia rysunku 2.

Najkorzystniejszy przebieg odpowia-

da dobroci wypadkowej wynosz¹cej 0,7.
Przy dobroci równej 1 nastêpuje podbicie
niskich czêstotliwoœci przy jednoczesnym
zwiêkszeniu czêstotliwoœci rezonansowej,
co powoduje wczeœniejsze opadanie cha-
rakterystyki od strony niskich czêstotliwo-
œci ni¿ przy dobroci wynosz¹cej 0,7. Przy
dobroci wynosz¹cej 0,5 nastêpuje spadek
ciœnienia akustycznego ju¿ przy stosunko-
wo wysokich czêstotliwoœciach. Efektem
jest wyraŸne st³umienie niskich czêstotli-
woœci, pomimo ni¿ej le¿¹cej czêstotliwo-
œci rezonansowej.

Aby uzyskaæ wymagan¹ wielkoœæ do-

broci wypadkowej, g³oœniki przewidziane
do stosowania w obudowie zamkniêtej
powinny mieæ dobroæ wypadkow¹
w swobodnej przestrzeni Q

ts

zawieraj¹c¹

siê w zakresie od 0,33÷0,7. Bêd¹ to wiêc
g³oœniki o tzw. miêkkim zawieszeniu. Cha-
rakterystyczne dla nich s¹ gumowe resory
górne i du¿e wychylenia membrany przy
niekoniecznie du¿ych œrednicach.

Rozwi¹zanie to pozwala na uzyskanie

dobrych wyników przy ma³ych wymia-
rach obudowy i g³oœnika. Dlatego czêsto
u¿ywano w odniesieniu do obudowy za-
mkniêtej terminu compact. Dobra charak-
terystyka czêstotliwoœciowa zostaje jednak
okupiona zmniejszon¹ efektywnoœci¹. Dla
uzyskania wystarczaj¹cego natê¿enia
dŸwiêku niezbêdne okazuje siê zwiêksze-
nie mocy wyjœciowej wzmacniacza.

Pominê kwestiê doboru mocy

wzmacniacza i zestawu ze wzglêdu na
wymagane natê¿enie dŸwiêku. W zasto-
sowaniach domowych iloœæ „ha³asu” ro-

bionego przez g³oœniki nie jest najwa¿-
niejsza. Najczêœciej bêdziemy projekto-
waæ zestaw g³oœnikowy do posiadanego
ju¿ wzmacniacza czy amplitunera. Moc
znamionowa g³oœnika powinna byæ co
najmniej równa mocy znamionowej
wzmacniacza. Korzystniejsz¹ bêdzie sytu-
acja, kiedy moc znamionowa g³oœnika bê-
dzie wiêksza od mocy znamionowej
wzmacniacza. Przy wyborze g³oœnika na-
le¿y skorzystaæ z katalogu producenta lub
poradziæ siê sprzedawcy w najbli¿szym
sklepie ze sprzêtem elektroakustycznym
(mo¿na poprosiæ o dane techniczne g³o-
œnika). Na naszym rynku funkcjonuj¹ od
niedawna firmy wysy³kowe sprzedaj¹ce
g³oœniki produkcji krajowej jak i renomo-
wanych firm zagranicznych.

Zale¿nie od upodobañ basowych na-

le¿y dobraæ teraz g³oœnik o odpowiedniej
czêstotliwoœci rezonansowej. Bardziej so-
czysty i niski bas wymaga g³oœnika o jak
najni¿szej czêstotliwoœci rezonansowej.
Wi¹¿e siê to z wielkoœci¹ membrany
i w konsekwencji z wielkoœci¹ obudowy.
Przy okazji zwróciæ uwagê na pozo-
sta³e parametry a zw³aszcza dobroæ Q

ts

,

która powinna zawieraæ siê w przedziale
od 0,33 do 0,7.

Do zaprojektowania obudowy nie-

zbêdna jest znajomoœæ nastêpuj¹cych para-
metrów g³oœnika: f

s

, V

as

i Q

ts

. Samo projek-

towanie w zasadzie polega na okreœleniu
objêtoœci obudowy V

b

przy jakiej uzyska siê

zak³adan¹ dobroæ wypadkow¹ g³oœnika
w obudowie Q

tc

. Najkorzystniejsz¹ warto-

œci¹ dobroci wydaje siê 0,7. Poszukiwan¹
objêtoœæ obliczymy z nastêpuj¹cego wzoru:

Widaæ z tego wzoru, ¿e objêtoœæ we-

wnêtrzna obudowy bêdzie bezpoœrednio
zale¿a³a od parametru g³oœnika V

as

. Przy

dobroci g³oœnika zbli¿onej do 0,7 nie-

zbêdne jest zastosowanie dobroci wypad-
kowej wiêkszej od 0,7 dla uzyskania roz-
s¹dnych wymiarów obudowy. Praktycz-
nie wartoϾ dobroci wypadkowej Q

tc

po-

winna zawieraæ siê w przedziale od 0,6
do 1,0. Mniejsze wartoœci zdecydowanie
pogarszaj¹ odtwarzanie niskich tonów.
Wartoœci wiêksze od 1 powoduj¹ wzrost
ciœnienia akustycznego dla czêstotliwoœci
zbli¿onych do rezonansowej i pogorsze-
nie w³aœciwoœci impulsowych.

Przewidywane wyt³umienie akustycz-

ne wnêtrza obudowy materia³em t³umi¹-
cym (wata, pianka itp.) prowadzi do efek-
tywnego zwiêkszenia objêtoœci obudowy
i dlatego obliczona wartoœæ powinna zostaæ
pomno¿ona przez wspó³czynnik 0,9. Na
podstawie objêtoœci mo¿emy ju¿ obliczyæ
wewnêtrzne wymiary obudowy (zale¿nie
od kszta³tu – naj³atwiej dla obudowy pro-
stopad³oœciennej). S¹dzê, ¿e z tym zada-
niem ka¿dy poradzi sobie samodzielnie.

Maj¹c objêtoœæ obudowy mo¿emy

pokusiæ siê o obliczenie czêstotliwoœci re-
zonansowej g³oœnika w obudowie. Jest to
o tyle interesuj¹ce, ¿e praktycznie poni¿ej
tej czêstotliwoœci szybko zanika ciœnienie
akustyczne promieniowane przez g³oœnik
w obudowie. Odpowiedni wzór by³ po-
dany wczeœniej.

Do wykonania obudowy najlepiej

nadaje siê p³yta MDF o gruboœci œcianek
19 mm. W ostatecznoœci ma³e obudowy
o mocach do 50 W mo¿na wykonaæ
z cieñszej p³yty np. 12 mm. Po dok³adnej
obróbce krawêdzi œcianek sklejenie nie
powinno stanowiæ problemu. Proponujê
zastosowanie powszechnie dostêpnego
kleju Wikol. Spoiny mo¿na dodatkowo
uszczelniæ elastyczn¹ mas¹ silikonow¹.

Wnêtrze obudowy powinno byæ wy-

pe³nione materia³em t³umi¹cym. Dla
zdobycia takiego materia³u proponuje
wycieczkê po œcinki do tapicera lub skle-
pu z dodatkami krawieckimi.

Uszczelnienia wymaga krawêdŸ styku

kosza g³oœnika z obudow¹ i gniazdo po³¹-
czeniowe. Mo¿na tu zastosowaæ cienk¹
piankê poliuretanow¹ lub masê silikono-
w¹. Przy pod³¹czaniu g³oœnika do gniazda
nale¿y zwróciæ uwagê na fazê g³oœnika
i odpowiednio po³¹czyæ. Fazowanie g³o-
œnika mo¿na dokonaæ lub sprawdziæ ko-
rzystaj¹c z bateryjki. Pod³¹czenie dodat-
niego bieguna bateryjki do „+” g³oœnika
powinno spowodowaæ przemieszczenie
membrany do przodu.

34

6/2000

G³oœniki i obudowy

[Hz]

1000

500

200

100

50

20

10

–20

3 Qtc=0,5

1 Qtc=1
2 Qtc=0,7

–10

2

3

0

1

[dB]

Rys. 2 Wp³yw dobroci wypadkowej na charakterystykê czêstotliwoœciow¹

Projektowanie obudowy zamkniêtej

V

V

Q

Q

b

as

tc

ts

=

-

2

2

1

à

R.K.

Popularnie nazywana tak¿e obudow¹

rezonansow¹ lub „basreflex”. Poprawia
odtwarzanie niskich tonów nieco trac¹c
na dynamice. Opis przedstawia zasadê
funkcjonowania, wzory obliczeniowe
wraz z przyk³adem oraz mo¿liwoœci
dostrojenia.

Ujemn¹ cech¹ obudowy zamkniê-

tej jest niewykorzystywanie energii pro-
mieniowanej przez tyln¹ stronê mem-
brany. Odizolowuje siê obie strony
membrany aby uzyskaæ lepsze odtwa-
rzanie niskich czêstotliwoœci. Okazuje
siê, ¿e czêœciowe otwarcie obudowy po-
zwala na wykorzystanie tej energii, do-
datkowo wprowadzaj¹c efekt rezonan-
sowy wnêtrza obudowy. Niespodziewa-
nie daje to dalsz¹ poprawê odtwarzania
niskich czêstotliwoœci.

Obudowa zostaje wyposa¿ona w je-

den lub dwa otwory o przekroju ko³o-
wym lub prostok¹tnym. Otwory te naj-
czêœciej s¹ wyd³u¿ane w formie tunelu
(rury). Istotna jest d³ugoœæ tunelu ponie-
wa¿ wraz z przekrojem okreœla objêtoœæ
a tym samym masê powietrza bior¹c¹
udzia³ w wytwarzaniu fali akustycznej
przez otwór. W³aœciwoœci rezonansowe ta-
kiej obudowy s¹ znane z fizyki jako tzw.
rezonator Helmholtza.

Tylna strona membrany zostaje

sprzê¿ona za poœrednictwem poduszki
powietrza wewn¹trz obudowy z mas¹ po-
wietrza znajduj¹c¹ siê w tunelu. Drgaj¹cy
uk³ad g³oœnika zostaje po³¹czony z drgaj¹-

cym systemem obudowy (rezonatorem).
Ilustruje to rysunek 1.

Si³a F wynikaj¹ca z mocy dostarczo-

nej do g³oœnika ze wzmacniacza pobudza
uk³ad do drgañ. Uk³ad ten zachowuje siê
w ró¿ny sposób wraz ze zmian¹ czêstotli-
woœci odtwarzanego sygna³u. Rozpatrzy-
my trzy skrajne przypadki:
1. Przy wysokich czêstotliwoœciach ruch

membrany jest minimalny i poduszka
powietrzna nie pobudza do ruchu ma-
sy powietrza w tunelu. Uk³ad zacho-
wuje siê wtedy jak obudowa zamkniê-
ta. Obie strony membrany s¹ od siebie
odizolowane.

2. Przy zmniejszaniu czêstotliwoœci nastê-

puje pobudzenie masy powietrza
w tunelu do drgañ. Przy pewnej czê-
stotliwoœci nastêpuje znaczny wzrost
przemieszczania siê masy powietrza
w tunelu w odniesieniu do ruchów
membrany. Co jest najistotniejsze to
kierunek przemieszczania siê masy po-
wietrza w tunelu i membrany jest taki
sam. Wychyleniu membrany na ze-
wn¹trz obudowy odpowiada przemie-
szczenie masy powietrza tak¿e na ze-
wn¹trz. To jest w³aœnie efekt rezonan-
sowy objawiaj¹cy siê „wzmocnieniem”
odtwarzanego sygna³u (niskich czêsto-
tliwoœci) przy stosunkowo ma³ych wy-
chyleniach membrany. Czêstotliwoœæ
ta nazywana jest rezonansow¹ i ozna-
czana jest jako f

b

3. Dalsze zmniejszanie czêstotliwoœci po-

woduje, ¿e membrana i masa powie-
trza zaczynaj¹ siê przemieszczaæ w kie-
runkach przeciwnych. Membrana na
zewn¹trz a powietrze w tunelu do we-

wn¹trz obudowy. Powoduje to znosze-
nie siê ciœnieñ akustycznych wytwarza-
nych przez membranê i otwór oraz
strome opadanie charakterystyki czê-
stotliwoœciowej.

Jak ju¿ zauwa¿yliœmy przy zmianach

czêstotliwoœci odtwarzanego sygna³u
zmienia siê faza fali promieniowanej
przez otwór. W przypadku rezonansu jej
kierunek jest zgodny z fal¹ promieniowa-
n¹ przez przedni¹ czêœæ membrany i na-
stêpuje sumowanie obu energii. Mo¿na
uzyskaæ wzrost promieniowanej energii
nawet do 6 dB (2×) w odniesieniu do
obudowy zamkniêtej. Pozwala to na roz-
szerzenie zakresu odtwarzania niskich
czêstotliwoœci i wyeliminowanie doœæ
przykrego podnoszenia czêstotliwoœci re-
zonansowej g³oœnika w obudowie za-
mkniêtej. Porównanie charakterystyk czê-
stotliwoœciowych tego samego g³oœnika
w obudowach zamkniêtej i rezonansowej
umo¿liwia rysunek 2.

Tak¿e i teraz przydadz¹ siê poznane

ju¿ wczeœniej parametry g³oœników opra-
cowane przez australijskich fizyków Thie-
le i Small’a. Na podstawie znajomoœci pa-
rametrów g³oœnika okreœlimy wymiary
obudowy i tunelu. Konkretnie obliczymy:
– objêtoœæ obudowy V

b

[l],

– przekrój tunelu S

v

[cm

2

],

G³oœniki i obudowy

– obudowa z otworem

35

0

7/2000

Elektroakustyka

tunel

w tunelu

Masa powietrza

Poduszka powietrzna

Obudowa

F

Membrana

membrany

G³oœnik

Zawieszenie

Rys. 1 Mechanika obudowy z otworem

Mechanika i fizyka
obudowy rezonansowej

Obliczanie obudowy rezonansowej

3

JI

=

>

D

0,25

5,16

2,02

1,53

0,26

4,23

1,84

1,47

0,27

3,85

1,76

1,42

0,28

3,50

1,68

1,37

0,29

3,18

1,61

1,33

0,30

2,90

1,54

1,29

0,31

2,65

1,47

1,25

0,32

2,42

1,41

1,21

0,33

2,16

1,35

1,18

0,34

2,01

1,29

1,15

0,35

1,83

1,24

1,12

0,36

1,67

1,19

1,09

0,37

1,52

1,13

1,07

0,38

1,38

1,08

1,04

0,39

1,26

1,04

1,02

0,40

1,14

0,99

1,00

0,41

1,03

0,95

0,97

0,42

0,94

0,91

0,95

0,43

0,86

0,87

0,93

0,44

0,78

0,84

0,91

Tabela 1 – Obudowa ma³a (<40 l), Ql=5

– d³ugoœæ tunelu L

v

[cm],

– czêstotliwoœæ graniczn¹ f

b

[Hz].

Niezbêdna do tego celu jest znajomoœæ
nastêpuj¹cych parametrów g³oœnika:
– czêstotliwoœæ rezonansowa f

s

[Hz],

– dobroæ wypadkowa Q

ts

,

– objêtoœæ zastêpcza V

as

[l].

G³oœnik przeznaczony do zastosowa-

nia w obudowie rezonansowej powinien
mieæ dobroæ wypadkow¹ mieszcz¹c¹ siê
w granicach od 0,25 do 0,44. Pomocni-
czym parametrem przy okreœlaniu wspó³-
czynników wymaganych do obliczeñ jest
wspó³czynnik strat obudowy Q

I

. WartoϾ

tego wspó³czynnika przyjmuje siê w za-
le¿noœci od przewidywanej objêtoœci obu-
dowy. Dla ma³ych obudów o objêtoœci
mniejszej od 40 l wspó³czynnik ten powi-
nien wynosiæ 5. Dla obudów œrednich

(40÷100 l) wspó³czynnik wynosi 7. Dla
obudów du¿ych o objêtoœci wiêkszej od
100 l przyjmuje siê wartoœæ 10.

Maj¹c wspó³czynnik strat obudowy

i dobroæ wypadkow¹ g³oœnika mo¿na ko-
rzystaj¹c z podanych ni¿ej tabel okreœliæ
wspó³czynniki a, b, h niezbêdne do dal-
szych obliczeñ.

Wstêpnie wielkoœæ obudowy mo¿na

oszacowaæ na podstawie objêtoœci zastêp-
czej g³oœnika V

as

. Do obliczenia objêtoœci

obudowy, nale¿y na podstawie znajomo-
œci dobroci wypadkowej g³oœnika Q

ts

, zna-

leŸæ wspó³czynnik a z odpowiedniej tabe-
li. Dobroæ wypadkowa g³oœnika okreœla
wiersz w tabeli, gdzie znajdziemy para-
metry pomocnicze a, b i h. Wymagan¹
objêtoœæ obudowy obliczymy z ni¿ej po-
danego wzoru:

Jeœli obliczona objêtoœæ przekroczy zak³ada-
ne granice trzeba zmieniæ tabelkê i ponow-
nie znaleŸæ parametry pomocnicze a nastêp-
nie obliczyæ w³aœciw¹ objêtoœæ obudowy.

Teraz musimy znaleŸæ wymiary tunelu

tzn. jego przekrój i d³ugoœæ. Tunel jest rur¹
o przekroju ko³owym lub prostok¹tnym wy-
prowadzon¹ na jednej ze œcianek obudowy.
Najczêœciej wykorzystuje siê do wyprowa-
dzenia tunelu œcianki przedni¹ lub tyln¹.

Wewnêtrzny przekrój tunelu S

v

dobie-

ramy ze wzglêdu na koniecznoœæ przenie-
sienia odpowiednio du¿ej energii promie-
niowanej przez tyln¹ czêœæ membrany.
Zbyt ma³y przekrój mo¿e staæ siê przyczyn¹
niepo¿¹danych szmerów i zak³óceñ odtwa-
rzanych dŸwiêków. W okreœleniu minimal-
nego przekroju tunelu pomo¿e Tabela 4.
W tabeli tej minimalny przekrój jest uzale¿-
niony od zewnêtrznego wymiaru obudowy
g³oœnika D

g

. Jednoczeœnie w tabeli podano

œrednicê tunelu o przekroju ko³owym D

v

.

Nale¿y wybraæ nieco wiêkszy przekrój tu-
nelu ni¿ to wynika bezpoœrednio z tabeli.

Do obliczenia d³ugoœci tunelu s³u¿y

bardzo skomplikowany wzór, wykorzystu-
j¹cy parametr pomocniczy h.

S

v

nale¿y podstawiæ w [cm

2

], V

b

w [l]

a f

s

w [Hz]. Zmieniaj¹c d³ugoœæ tunelu

w niewielkim zakresie mo¿na dokonaæ
tzw. strojenia obudowy tzn. modyfikowaæ
charakterystykê czêstotliwoœciow¹ g³oœni-
ka w obudowie dla niskich czêstotliwoœci.

Za pomoc¹ kolejnego ale ju¿ bardzo

prostego wzoru obliczymy czêstotliwoœæ
graniczn¹ f

b

g³oœnika w obudowie z otwo-

rem. Poni¿ej tej czêstotliwoœci charaktery-
styka czêstotliwoœciowa szybko opada. Jej
stromoœæ jest du¿o wiêksza jak dla g³oœni-
ka w obudowie zamkniêtej.

36

7/2000

G³oœniki i obudowy

Q

ts

a

b

h

0,25

4,58

1,97

1,56

0,26

4,15

1,88

1,51

0,27

3,77

1,79

1,45

0,28

3,43

1,72

1,40

0,29

3,12

1,64

1,36

0,30

2,85

1,57

1,31

0,31

2,59

1,51

1,27

0,32

2,37

1,44

1,24

0,33

2,16

1,38

1,20

0,34

1,97

1,33

1,17

0,35

1,80

1,27

1,14

0,36

1,64

1,22

1,11

0,37

1,49

1,17

1,09

0,38

1,36

1,12

1,06

0,39

1,23

1.07

1,03

0,40

1,11

1,02

1,01

0,41

1,01

0,98

0,99

0,42

0,91

0,94

0,97

0,43

0,83

0,90

0,94

0,44

0,75

0,87

0,92

Tabela 2 – Obudowa œrednia (40÷100 l), Ql=7

Q

ts

a

b

h

0,25

4,58

1,97

1,56

0,26

4,15

1,88

1,51

0,27

3,77

1,79

1,45

0,28

3,43

1,72

1,40

0,29

3,12

1,64

1,36

0,30

2,85

1,57

1,31

0,31

2,59

1,51

1,27

0,32

2,37

1,44

1,24

0,33

2,16

1,38

1,20

0,34

1,97

1,33

1,17

0,35

1,80

1,27

1,14

0,36

1,64

1,22

1,11

0,37

1,49

1,17

1,09

0,38

1,36

1,12

1,06

0,39

1,23

1.07

1,03

0,40

1,11

1,02

1,01

0,41

1,01

0,98

0,99

0,42

0,91

0,94

0,97

0,43

0,83

0,90

0,94

0,44

0,75

0,87

0,92

Tabela 3 – Obudowa du¿a (>100 l), Ql=10

[Hz]

1000

500

200

100

50

20

10

–20

Obudowa

zamkniêta

–10

z otworem

Obudowa

0

[dB]

Rys. 2 Charakterystyki czêstotliwoœciowe obudowy zamkniêtej i rezonansowej

V

V

a

b

as

=

D

g

[mm]

S

v min

[cm

2

]

D

v

[cm]

80

5

2,5

140

16

4,5

180

33

6,5

210

40

7,0

250

50

8,0

300

79

10,0

Tabela 4 – Minimalny przekrój tunelu

(

)

L

S

V

h f

S

v

v

b

s

v

=

×

× ×

-

×

30000

0 82

2

,

Zalet¹ obudowy basreflex jest du¿o

mniejszy wzrost czêstotliwoœci granicznej
w odniesieniu do wzrostu czêstotliwoœci
rezonansowej g³oœnika w obudowie
zamkniêtej.

Suche wzory najczêœciej wywo³uj¹

gêsi¹ skórkê u czytelników, dlatego po-
przemy je konkretnym przyk³adem. Wy-
korzystamy parametry g³oœnika GDN
13/50 produkowanego przez TONSIL. Pa-
rametry te s¹ nastêpuj¹ce:
Q

ts

= 0,32;

V

as

= 11 l;

f

s

= 51 Hz.

Zak³adaj¹c ma³¹ obudowê z Tabeli 1

znajdujemy parametry pomocnicze a, b,
h dla dobroci wypadkowej 0,32:
a = 2,42;
b = 1,41;
h = 1,21

Obliczamy teraz objêtoœæ obudowy.

Przekrój tunelu okreœlimy korzystaj¹c

z Tabeli 4. Poniewa¿ œrednica zewnêtrzna
g³oœnika jest zbli¿ona do 140 mm, prze-
krój tunelu powinien wynosiæ co najmniej
16 cm

2

. Odpowiada to rurze o œrednicy

4,5÷5 cm. Teraz korzystaj¹c ze „straszne-
go” wzoru obliczymy d³ugoœæ tunelu.

A¿ siê spoci³em a kalkulator zagrza³. Wy-
nik na szczêœcie jest doœæ prawdopodob-
ny. Pozosta³a jeszcze do obliczenia czêsto-
tliwoϾ graniczna.

Mam nadziejê, ¿e gimnastyka ra-

chunkowa nikomu nie zaszkodzi³a. Mo¿na
zamiast ¿mudnych obliczeñ skorzystaæ
z odpowiedniego programu komputero-
wego. Po podstawieniu parametrów g³o-

œnika uzyskuje siê wyniki ³¹cznie z charak-
terystyk¹ czêstotliwoœciow¹. Modyfikuj¹c
parametry natychmiastowo widzi siê na
ekranie monitora efekty zmian. Jednak
i tutaj trzeba zejϾ do praktyki, czyli wyko-
naæ obudowê i ods³uchowo sprawdziæ po-
prawnoœæ dŸwiêku. Ewentualnie mo¿na
dostroiæ tunel przez zmianê jego d³ugoœci.

Odnoœnie materia³ów i ogólnych za-

sad obowi¹zuj¹ te same wskazówki jak
dla obudowy zamkniêtej. Tunel mo¿e byæ
wykonany jako rura z tworzywa sztuczne-
go np. PCV. Przy próbach mo¿e byæ zwi-
niêty z grubego kartonu i sklejony. Czêsto
tunel wykonuje siê jako szczelinê w obu-
dowie i przed³u¿a œciank¹ z materia³u te-
go samego co i obudowa.

Otwór na przedniej œciance – czy tyl-

nej? Najpraktyczniejsze jest umieszczenie
go na œciance przedniej. Mog¹ wtedy byæ
s³yszane szumy przep³ywaj¹cego nim po-
wietrza. Umieszczenie otworu na œciance
tylnej mo¿e byæ spowodowane wzglêda-
mi estetycznymi lub brakiem miejsca na
œciance przedniej. Rozwi¹zanie to zmniej-
sza mo¿liwoœæ s³yszenia szumów powie-
trza. Wymagane jest wtedy odsuniêcie
g³oœnika w obudowie od œciany znajduj¹-
cej siê za g³oœnikiem. G³oœnik taki powi-
nien byæ umieszczony na podstawce. Je-
dynie w przypadku subwoofera wskazane
jest umieszczenie na pod³odze.

Obudowa powinna byæ szczelnie

sklejona, jak i uszczelnione powinny byæ
miejsca styku z g³oœnikiem czy gniazdem.
Przy du¿ych mocach g³oœników niskoto-
nowych i wiêkszych wymiarach obudowy
wskazane jest stosowanie wewnêtrznych
u¿ebrowañ zwiêkszaj¹cych sztywnoœæ
obudowy. Przy odtwarzaniu niskich czê-
stotliwoœci nie powinno siê wyczuwaæ wi-
bracji œcianek obudowy. Jeœli w tej samej

obudowie montowane s¹ g³oœniki wyso-
kotonowe tak¿e powinny byæ szczelne
i szczelnie zamontowane. G³oœnik œre-
dniotonowy powinien znajdowaæ siê
w oddzielnej komorze. Obudowa powin-
na byæ wy³o¿ona materia³em t³umi¹cym,
a przynajmniej jej œcianki. Otwór wewnê-
trzny tunelu powinien byæ ods³oniêty.

Kilkakrotnie wspomina³em o strojeniu

tunelu. Czas aby wyjaœniæ na czym ono
polega. Zmieniaj¹c w niewielkim zakresie
d³ugoœæ tunelu mo¿na modyfikowaæ cha-
rakterystykê czêstotliwoœciow¹ g³oœnika
w obudowie. Prezentuje to rysunek 3.

Na przyk³adowym wykresie nominalna

d³ugoœæ tunelu (obliczona) wynosi 10 cm.
Zmniejszenie tej d³ugoœci powoduje uwy-
puklenie niskich czêstotliwoœci i jednocze-
œnie szybkie opadanie charakterystyki czê-
stotliwoœciowej. Pogarszaj¹ siê w³aœciwoœci
impulsowe, bas staje siê rozlaz³y i bucz¹cy.
Wyd³u¿enie tunelu zmniejsza natê¿enie ni-
skich tonów, ale poprawiaj¹ siê w³aœciwoœci
impulsowe – dynamika basów jest lepsza.
Wybór nale¿y do konstruktora i u¿ytkowni-
ka, a modyfikacje te pozwalaj¹ na dostoso-
wanie w³aœciwoœci g³oœnika w obudowie do
w³aœciwoœci pomieszczenia.

Przedstawione rozwa¿ania dotyczy³y

g³oœników niskotonowych i ich obudów.
Wspólnie poznaliœmy warunki prawid³owe-
go odtwarzania basów i maksymalnego wy-
korzystania g³oœnika w tym zakresie. Podob-
ne zasady obowi¹zuj¹ przy odtwarzaniu
œrednich tonów, chocia¿ g³oœniki pracuj¹ tu
zazwyczaj du¿o powy¿ej czêstotliwoœci rezo-
nansowej i dobór obudowy nie jest a¿ tak
krytyczny. G³oœniki wysokotonowe zwykle
ju¿ s¹ fabrycznie montowane w szczelnej
obudowie zamkniêtej. Dlatego o rodzaju
obudowy i jej rozmiarach decyduj¹ para-
metry odtwarzania niskich czêstotliwoœci
i parametry g³oœnika niskotonowego.

37

0

7/2000

G³oœniki i obudowy

Przyk³ad obliczenia
obudowy z otworem

V

l

l

b

=

=

»

11

2 42

8 58

8 6

,

,

,

L

v

=

×

×

×

-

×

=

30000 16

8 6

1 21 51

0 82

16

2

,

( ,

)

,

=

×

-

× =

-

=

480000

8 6 3808

0 82 4

48000

32750

3 28

,

,

,

=

-

=

»

14 66

3 28

11 38

11 4

,

,

,

, cm

F

Hz

b

= ×

=

»

51 1 41

71 91

72

,

,

[Hz]

1000

500

200

100

50

20

10

–20

L2 = 10 cm

L3 = 15 cm

L2

L1 = 5 cm

–10

L3

0

[dB]

L1

Rys. 3 Wp³yw d³ugoœci tunelu

Wykonanie i strojenie

à

R.K.

f

f

b

b

s

= ×

Jak ju¿ wczeœniej wspominaliœmy, nie

jest mo¿liwe odtworzenie pe³nego zakre-
su czêstotliwoœci s³yszalnych o odpowie-
dnio dobrej jakoœci dŸwiêku, z jednego
g³oœnika. Dlatego w³aœnie buduje siê ze-
spo³y g³oœnikowe zawieraj¹ce co najmniej
dwa g³oœniki. G³oœniki te przenosz¹ ró¿ne
lecz uzupe³niaj¹ce siê fragmenty pasma
akustycznego, które s¹ specjalnie dla nich
wydzielane z ca³ego widma odtwarza-
nych czêstotliwoœci.

Uk³adami umo¿liwiaj¹cymi wydzie-

lenie odpowiednich pasm czêstotliwoœci
s¹ filtry. W przypadku filtrów g³oœniko-
wych s¹ to najczêœciej filtry dolno i gór-
no przepustowe, a sporadycznie filtry
œrodkowo przepustowe. Filtry stosowane
miêdzy wzmacniaczem mcz. a g³oœnika-
mi s¹ filtrami biernymi tzn. zbudowane
s¹ jedynie z elementów biernych (induk-
cyjnoœci L, pojemnoœci C i ewentualnie
rezystancji R).

Zestaw filtrów kieruj¹cy odpowie-

dnie pasma czêstotliwoœci do g³oœników
nazywany jest zwrotnic¹ g³oœnikow¹.
W najprostszym przypadku zwrotnica
sk³ada siê z dwóch filtrów – dolno i górno
przepustowego. Chocia¿ spotyka siê ze-
stawy gdzie wykorzystuje siê naturalne
ograniczanie pasma odtwarzanych czê-
stotliwoœci przez g³oœnik niskotonowy i je-
dynie do³¹czenie g³oœnika wysokotono-
wego przez kondensator spe³niaj¹cy rolê
filtru górno przepustowego.

Zwrotnica zawieraj¹ca dwa filtry na-

zywana jest dwudro¿n¹. Tak¿e zestaw g³o-
œnikowy korzystaj¹cy z g³oœników niskoto-
nowego i wysokotonowego nazywany jest
dwudro¿nym. Trzy filtry s³u¿¹ do realizacji
zwrotnicy trójdro¿nej i wykorzystywane s¹
w zespole g³oœnikowym trójdro¿nym
(z trzema g³oœnikami). Bardzo rzadko bu-
duje siê zestawy czterodro¿ne. Przyk³ado-
wy podzia³ pasm czêstotliwoœci zwrotnicy
trójdro¿nej prezentuje rysunek 1.

Wykres ten przedstawia zale¿noœæ

stosunku napiêcia wyjœciowego U2 ka¿de-
go filtru do napiêcia wejœciowego U

1

w funkcji czêstotliwoœci. Czêstotliwoœæ
f

d

jest doln¹ czêstotliwoœci¹ graniczn¹ od-

twarzan¹ przez g³oœnik niskotonowy. Czê-
stotliwoϾ f

g

jest natomiast górn¹ czêsto-

tliwoœci¹ graniczn¹ odtwarzan¹ przez g³o-
œnik wysokotonowy. Czêstotliwoœci f

1

i f

2

to tzw. czêstotliwoœci podzia³u pasm.
Miêdzy nimi mieœci siê pasmo g³oœnika
œredniotonowego.

Czêstotliwoœci podzia³u powinny

odpowiadaæ spadkowi stosunku U

2

/U

1

o 3 dB. Odpowiada to spadkowi mocy na
g³oœniku do po³owy. Dziêki temu przy jed-
noczesnym odtwarzaniu przez dwa g³oœni-
ki np. œrednio i wysokotonowy nie nast¹-
pi zmiana natê¿enia dŸwiêku odtwarzane-
go przez zestaw (pod warunkiem jednako-
wej skutecznoœci obu g³oœników). Czêsto-
tliwoœci podzia³u mieszcz¹ siê zwykle
w podanych zakresach. Oczywiœcie zakre-
sy czêstotliwoœci odtwarzanych przez g³o-
œniki powinny byæ szersze ni¿ czêstotliwo-
œci podzia³u. Zestaw dwudro¿ny nie posia-
da podzia³u na czêstotliwoœci f

1

. Pomocne

przy ustalaniu czêstotliwoœci podzia³u mo-
g¹ byæ zalecenia producentów g³oœników
podawane wraz z parametrami.

Do budowy filtrów biernych wyko-

rzystuje siê elementy reaktancyjne (in-
dukcyjnoœci i pojemnoœci), których reak-
tancja (odpowiednik rezystancji rezysto-
ra) zale¿y od czêstotliwoœci (pomijam tu
kwestie fazy pr¹du wzglêdem napiêcia).
Reaktancja indukcyjna X

L

wzrasta ze

wzrostem czêstotliwoœci, a pojemnoœcio-
wa X

C

maleje.

Przyk³ad filtru dolnoprzepustowego za-
wieraj¹cy tylko jedn¹ indukcyjnoœæ poka-
zany jest na rysunku 2.

Dla uproszczenia rozwa¿añ zastêpuje

siê g³oœnik rezystancj¹ co jedynie w przy-
bli¿eniu odpowiada rzeczywistoœci. Fak-
tycznie cewka g³oœnika oprócz rezystancji
posiada jednak indukcyjnoϾ i pojemnoϾ
w³asn¹. Nie bêdziemy jednak kompliko-
waæ sobie ¿ycia i je pominiemy.

Szeregowo po³¹czone indukcyjnoœæ

L i rezystancja g³oœnika R

g

stanowi¹ dziel-

nik napiêciowy. Przy niskich czêstotliwo-
œciach ma³a reaktancja indukcyjnoœci nie
powoduje obni¿enia napiêcia na rezy-
stancji. Przy czêstotliwoœci granicznej f

gr

reaktancja indukcyjnoœci jest równa rezy-
stancji i nastêpuje spadek napiêcia wyj-
œciowego U

2

o 3 dB (0,7·U

1

). W przypad-

ku dzielnika rezystancyjnego by³oby to
6 dB czyli 0,5·U

1

. Wspó³czynnik 0,7 wy-

nika z tego, ¿e napiêcia na indukcyjnoœci
i rezystancji s¹ przesuniête w fazie o 90°.

Dalszy wzrost czêstotliwoœci powodu-

je wzrost reaktancji i dalszy spadek napiê-
cia na rezystancji. Nachylenie spadku na-
piêcia wynosi – 6 dB/Oktawê. Oktawa
oznacza podwojenie czêstotliwoœci. Na
osi poziomej wykresu podano tzw. czêsto-
tliwoœæ znormalizowan¹ czyli stosunek ak-
tualnej czêstotliwoœci f do czêstotliwoœci
granicznej f

gr

. Filtr o nachyleniu 6 dB/Okt.

nazywany jest tak¿e filtrem pierwszego
rzêdu. Zakres czêstotliwoœci o ma³ym t³u-
mieniu nazywany jest pasmem przepu-
stowym (do f

gr

). Zakres czêstotliwoœci

Jest to uzupe³nienie do cyklu „G³oœniki i obudowy”. Opisujemy
rodzaje filtrów biernych wykorzystywanych do rozdzielania sy-
gna³ów akustycznych doprowadzanych do g³oœników. Zestawy
tych filtrów tworz¹ tzw. zwrotnice g³oœnikowe i s¹ wykorzystywa-
ne przy budowie zespo³ów g³oœnikowych.

Zwrotnice i filtry g³oœnikowe

13

0

8/2000

Elektroakustyka

fg

f2

f1

fd

f

300÷600Hz

3000÷6000Hz

U1

U2

Rys. 1 Podzia³ pasm zwrotnicy

g³oœnikowej trójdro¿nej

fgr

f

0,25

0,5

1

2

4

–18

–12

–6

0

U1

U2

[dB]

U2

Rg

U1

L

Rys. 2 Filtr dolno przepustowy

Dzia³anie i rodzaje
filtrów g³oœnikowych

X

f L

L

= × × ×

2

P

X

f C

C

=

× × ×

1

2

P

w jakim wzrasta t³umienie nazywany jest
pasmem zaporowym (powy¿ej f

gr

).

Wartoœæ indukcyjnoœci mo¿na wyzna-

czyæ z warunku równoœci reaktancji i rezy-
stancji dla czêstotliwoœci granicznej. Po
przekszta³ceniu:

gdzie:
L РindukcyjnoϾ [mH],
R

g

– rezystancja znamionowa g³oœnika

(niskotonowego) [

W],

f

gr

– czêstotliwoœæ graniczna [Hz].

Wykorzystuj¹c kondensator mo¿na

zbudowaæ filtr górno przepustowy poka-
zany na rys. 3.

Reaktancja kondensatora C maleje ze

wzrostem czêstotliwoœci i przy czêstotli-
woœci granicznej jest równa rezystancji R

g

.

Filtr ten t³umi sygna³y o czêstotliwoœciach
mniejszych od czêstotliwoœci granicznej
f

gr

. Nachylenie jego charakterystyki wy-

nosi 6 dB/Okt. PojemnoϾ kondensatora
mo¿na obliczyæ z podanego ni¿ej wzoru:

gdzie:
C РpojemnoϾ [

mF],

R

g

– rezystancja znamionowa g³oœnika

(wysokotonowego) [

W],

f

gr

– czêstotliwoœæ graniczna [Hz].

Zwrotnicê g³oœnikow¹ uzyskamy

przez po³¹czenie równoleg³e wejœæ obu
filtrów. Do wyjœcia filtru dolno przepu-
stowego pod³¹czymy g³oœnik niskotono-
wy a do wyjœcia filtru górno przepusto-
wego wysokotonowy. W przypadku
zwrotnicy g³oœnikowej nale¿y pamiêtaæ
o zapewnieniu mo¿liwie sta³ej impe-

dancji zestawu widzianej przez wzmac-
niacz w ca³ym paœmie odtwarzanych
czêstotliwoœci. Zadanie to jest u³atwione
po zastosowaniu g³oœników o takich sa-
mych rezystancjach. Dodatkowo pojem-
noœæ i indukcyjnoœæ powinny byæ zwi¹-
zane nastêpuj¹c¹ zale¿noœci¹ (w nawia-
sach kwadratowych ujêto jednostki
wielkoœci w kolejnoœci ich wystêpowania
we wzorze):

Zalet¹ filtrów jednoelementowych

jest prostota. Wad¹ natomiast szeroki ob-
szar czêstotliwoœci w jakim promieniuj¹
jednoczeœnie oba g³oœniki (wokó³ f

gr

).

Mog¹ wyst¹piæ niepo¿¹dane interferen-
cje i wzmocnienie lub os³abienie pew-
nych czêstotliwoœci. Przy czêstotliwoœci
granicznej wystêpuje przesuniêcie fazy
miêdzy sygna³ami obu g³oœników wyno-
sz¹ce 90°. Oba g³oœniki powinny byæ
pod³¹czone w fazach zgodnych do wyjœæ
zwrotnicy.

Zmniejszenie obszaru wzajemnego

oddzia³ywania g³oœników mo¿na uzyskaæ
przez zastosowanie filtrów o wiêkszym
nachyleniu charakterystyki w obszarze
t³umienia. Dodaj¹c dodatkowe elementy
reaktancyjne równolegle do g³oœników
uzyskuje siê filtry o nachyleniu charakte-
rystyki wynosz¹cym 12 dB/Okt. Schematy
takich filtrów pokazuje rysunek 4.

Filtr dolnoprzepustowy to oczywiœcie

rys. 4a), a górno przepustowy – rys. 4b).
S¹ one nazywane filtrami typu L. Zalet¹
ich jest utrzymywanie sta³ej impedancji
wejœciowej przy jednakowych rezystan-
cjach g³oœników i wartoœciach L

1

i C

1

obli-

czonych wg ni¿ej podanych wzorów:

Czêstotliwoœæ f jest czêstotliwoœci¹

podzia³u dla zestawu dwudro¿nego zawie-
raj¹c¹ siê w przedziale 3000÷6000 Hz, za-
le¿nie od w³aœciwoœci czêstotliwoœciowych
u¿ytych g³oœników. Z uwagi na przesuniêcie
fazy miêdzy wyjœciami filtrów o 180°, g³o-
œniki powinny byæ do takiej zwrotnicy
pod³¹czane w fazach przeciwnych, co na
rysunku 4 zaznaczono kropkami.

Dodanie kolejnego elementu reaktan-

cyjnego zwiêksza nachylenie charaktery-
styki w obszarze t³umienia do 18 dB/Okt.
Otrzymane w ten sposób filtry typu T po-
kazuje rysunek 5. Filtr dolno przepustowy
(rys. 5a) i górno przepustowy (rys. 5b).

Tym razem ju¿ nie przytoczê wzorów.

Natomiast w dalszej czêœci podam tabelki
na podstawie, których ³atwo znajdziemy
elementy filtrów zwrotnic dwudro¿nych.
Osobiœcie nie polecam amatorsko kon-
struowaæ zestawów trójdro¿nych. W przy-
padku zwrotnicy z filtrami T g³oœniki nale-
¿y pod³¹czaæ w jednakowych fazach.

Zwrotnicê trójdro¿n¹ mo¿na w naj-

prostszy sposób uzyskaæ przez do³¹czenie
dodatkowego g³oœnika wysokotonowego
przez kondensator do zasadniczego g³o-
œnika wysokotonowego do³¹czonego
przez filtr górno przepustowy. Innym roz-

14

8/2000

Zwrotnice i filtry g³oœnikowe

Rg

GS

L

C

Rys. 6 Filtr œrodkowo przepustowy

L

R

f

g

gr

=

×

159

4

2

1

0,5

0,25

f

fgr

–6

–12

–18

[dB]

U2
U1

0

U1

Rg

U2

C

Rys. 3 Filtr górno przepustowy

C

f

R

gr

g

=

×

159 000

[ ]

[

]

[ ]

C

F

L mH

R

g

m =

×

1 000

2

W

L1

GW

Rg

b)

C1

Rg

GN

C1

L1

a)

Rys. 4 Filtry o nachyleniu 12 dB/Okt.

[

]

[ ]

[ ]

L

mH

R

f Hz

g

1

225

=

×

W

[ ]

[ ] [ ]

C

F

R

f Hz

g

1

112 500

m =

×

W

Rg

GW

L3

b)

C2

C3

C1

GN

Rg

a)

L1

L2

Rys. 5 Filtry o nachyleniu 18 dB/Okt.

wi¹zaniem jest do³¹czenie g³oœnika œre-
dniotonowego przez filtr œrodkowo prze-
pustowy pokazany na rysunku 6.

Filtr ten wykorzystuje rezonans szere-

gowy indukcyjnoœci i pojemnoœci. Warto-
œci indukcyjnoœci i pojemnoœci obliczyæ
mo¿na z podanych ni¿ej zale¿noœci.

gdzie:
f

s

– czêstotliwoœæ œrodkowa pasma [Hz].

Istotna jest szerokoϾ pasma przenoszenia
B filtru, która wynosi:

Jak w ka¿dym obwodzie rezonanso-

wym poszerzenie pasma mo¿na uzyskaæ
przez zmniejszenie dobroci, czyli zmniej-
szenie indukcyjnoœci L. Oczywiœcie aby
utrzymaæ czêstotliwoœæ œrodkow¹ trzeba
tyle samo razy zwiêkszyæ pojemnoœæ C.

Szeregowy obwód rezonansowy z re-

zystancj¹ zamiast g³oœnika jest czêsto wy-
korzystywany do korekcji w³aœciwoœci g³o-
œnika (st³umienie rezonansu) lub do wy-
równania przebiegu impedancji zestawu
w funkcji czêstotliwoœci jako tzw. sobel.

Ni¿ej podajê obiecane tabele. Tabela 1

jest odpowiednia dla g³oœników o rezystan-

cji znamionowej 4

W, a Tabela 2 dla g³oœni-

ków o rezystancji 8

W. Oznaczenia elemen-

tów w tabelach odpowiadaj¹ podanym
wy¿ej schematom odpowiednich filtrów.
Pojemnoœci kondensatorów s¹ wyra¿one
w [

mF], a indukcyjnoœci w [mH]. Czêstotli-

woœci 125÷250 Hz dotycz¹ filtrów do sub-
wooferów. Zakres od 315 do 1000 Hz do-
tyczy filtrów dolnoprzepustowych dla ze-
stawów trójdro¿nych. Zakres od 2000 do
6300 Hz to czêstotliwoœci podzia³u dla ze-
stawów dwudro¿nych lub filtrów górno
przepustowych zestawów trójdro¿nych.

Pos³ugiwanie siê tabelk¹ jest bardzo

proste. Po zdecydowaniu siê na rezystan-
cjê g³oœników wybieramy odpowiedni¹
tabelkê. W wierszu odpowiadaj¹cym wy-
branej czêstotliwoœci podzia³u znajdziemy
wartoœci elementów zwrotnicy, odpowie-
dnio do rodzaju filtru.

Innym obwodem spotykanym

w uk³adzie elektrycznym zespo³ów g³oœni-
kowych jest rezystorowy dzielnik napiê-
cia. Zadaniem dzielnika jest zmniejszenie
poziomu napiêcia doprowadzanego do
g³oœnika w celu zmniejszenia natê¿enia
dŸwiêku. Stosuje siê to dla wyrównania
skutecznoœci g³oœnika wysokotonowego
w odniesieniu do niskotonowego. Dziel-
nik mo¿e byæ zrealizowany przez w³¹cze-
nie rezystora w szereg z g³oœnikiem. Daje
to wprawdzie obni¿enie napiêcia na g³o-
œniku, ale jednoczeœnie wzrasta sumarycz-
na rezystancja. Zastosowanie dwóch rezy-
storów pozwala na wyeliminowanie tej
wady – uzyskujemy podzia³ napiêcia przy
zachowaniu tej samej rezystancji.

Z obliczeniem elementów dzielnika

na pewno ka¿dy sobie poradzi znaj¹c pod-
stawy elektrotechniki. Nie chc¹c nara¿aæ
nikogo na stresy podam jednak tabelkê.

Przy wspó³pracy filtru z rzeczywistym

g³oœnikiem pojawia siê wp³yw parame-
trów g³oœnika na funkcjonowanie filtru.
Mo¿e to byæ np. rezonans indukcyjnoœci
cewki g³oœnika z pojemnoœci¹ filtru. Dla-
tego zawsze zaprojektowana zwrotnica
wymaga sprawdzenia pomiarowego
(elektroakustycznego) i ods³uchowego po
zastosowaniu w zestawie g³oœnikowym.

15

0

8/2000

Zwrotnice i filtry g³oœnikowe

R2

Rg

R1

Rys. 7 Dzielnik napiêcia

[

]

[ ]

[ ]

L mH

R

f

Hz

g

s

=

×

159

W

[ ]

[ ]

[ ]

C

F

f

Hz

R

s

g

m =

×

159 000

W

[ ]

[ ]

[

]

B Hz

R

L mH

g

=

×

159

W

filtr 6 dB/Okt filtr 12 dB/okt

filtr 18 dB/Ok.

f

L

C

L1

C1

L1

L2

L3

C1

C2

C3

[Hz]

[mH]

[

mF]

[mH]

[

mF]

[mH]

[mH]

[mH]

[

mF]

[

mF]

[

mF]

125

5,6

330

8,2

220

8,2

2,7

3,9

470

220

680

160

3,9

220

5,6

180

6,8

2,2

3,3

330

150

470

200

3,3

180

4,7

120

4,7

1,5

2,7

270

120

390

250

2,7

150

3,9

100

3,9

1,2

1,8

220

100

330

315

2,2

120

2,7

82

3,3

1,0

1,5

180

82

270

400

1,8

100

2,2

68

2,7

0,82

1,2

120

68

220

500

1,2

82

1,8

56

2,2

0,68

1,0

100

56

150

630

1,0

56

1,5

39

1,5

0,47

0,82

82

39

120

1000

0,68

39

1,0

27

1,0

0,33

0,47

56

27

82

2000

0,33

18

0,47

12

0,47

0,15

0,27

27

12

39

2500

0,27

15

0,39

10

0,39

0,12

0,18

22

10

33

3150

0,22

12

0,27

8,2

0,33

0,1

0,15

18

8,2

27

4000

0,18

10

0,22

6,8

0,27

0,08

0,12

12

6,8

22

5000

0,12

6,8

0,18

5,6

0,18

0,06

0,1

10

5,6

15

6300

0,1

5,6

0,15

3,9

0,15

0,047 0,082

8,2

3,9

12

Tabela 1 – Elementy filtrów dla g³oœnika 4

W

filtr 6 dB/Okt filtr 12 dB/okt

filtr 18 dB/Okt

f

L

C

L1

C1

L1

L2

L3

C1

C2

C3

[Hz]

[mH]

[

mF]

[mH]

[

mF]

[mH]

[mH]

[mH]

[

mF]

[

mF]

[

mF]

125

10

150

15

100

15

4,7

8,2

220

100

330

160

8,2

120

12

82

12

3,9

6,8

150

82

270

200

6,8

100

10

68

10

3,3

4,7

120

68

220

250

5,6

82

8,2

56

8,2

2,2

3,9

100

47

150

315

3,9

56

5,6

39

6,8

1,8

2,7

82

39

120

400

3,3

47

4,7

33

4,7

1,5

2,2

68

33

100

500

2,7

39

3,9

27

3,9

1,2

1,8

47

27

82

630

2,2

33

2,7

22

3,3

1,0

1,5

39

22

68

1000

1,2

18

1,8

15

2,2

0,68

1,0

27

12

39

2000

0,68

10

1,0

6,8

1,0

0,33

0,47

12

6,8

22

2500

0,56

8,2

0,82

5,6

0,82

0,22

0,39

10

4,7

15

3150

0,39

5,6

0,56

3,9

0,68

0,18

0,27

8,2

3,9

12

4000

0,33

4,7

0,47

3,3

0,47

0,15

0,22

6,8

3,3

10

5000

0,27

3,9

0,39

2,7

0,39

0,12

0,18

4,7

2,7

8,2

6300

0,22

3,3

0,27

2,2

0,33

0,1

0,15

3,9

2,2

6,8

Tabela 2 – Elementy filtrów dla g³oœnika 8

W

W warunkach amatorskich zazwyczaj
ograniczamy siê do sprawdzenia ods³u-
chowego – chocia¿ mo¿na tu wykorzystaæ
opisywany w PE analizator widma.

„Proste jest piêkne” – mniej proble-

mów stwarzaj¹ filtry proste i dlatego zale-
cam ich stosowanie. Bardziej z³o¿one fil-
try wymagaj¹ k³opotliwego dobierania
elementów i badañ elektroakustycznych.
Co jest charakterystyczne to dobre g³oœni-
ki nie wymagaj¹ ekstra filtrów. G³oœnik ni-
skotonowy najlepiej pracuje pod³¹czony
bezpoœrednio do wyjœcia wzmacniacza.
Rezystancja cewki filtru w³¹czona miêdzy
wyjœcie wzmacniacza a g³oœnik zmniejszy
t³umienie elektryczne g³oœnika. Powinna
wiêc byæ jak najmniejsza.

Pomimo stosunkowo niskich czêsto-

tliwoœci z jakimi mamy do czynienia w ze-
spo³ach g³oœnikowych, elementy stosowa-
ne do budowy zwrotnic g³oœnikowych po-
winny posiadaæ dobre parametry i za-
pewniaæ przenoszenie odpowiednio du-
¿ych pr¹dów i mocy do g³oœników. Istnie-
j¹ firmy specjalizuj¹ce siê w produkcji ele-
mentów do zwrotnic g³oœnikowych a tak-
¿e firmy je rozprowadzaj¹ce.

Cewki jak ju¿ podano powinny mieæ

jak najmniejsz¹ rezystancjê. Musz¹ wiêc
byæ nawiniête odpowiednio grubym dru-
tem. Najkorzystniejsze w³aœciwoœci posia-
daj¹ cewki powietrzne – nie wprowadzaj¹
zniekszta³ceñ nieliniowych. Wad¹ ich jest
du¿a liczba zwojów wymagana do uzyska-
nia odpowiednio du¿ej indukcyjnoœci. Za-
stosowanie rdzenia ferromagnetycznego
pozwala na znaczne zwiêkszenie indukcyj-
noœci a wiêc w konsekwencji daje zmniej-
szenie liczby zwojów i rezystancji cewki.
Rdzenie nie mog¹ byæ zamkniête – wyma-
gana jest przynajmniej kilkumilimetrowa
szczelina. Mniejsze zniekszta³cenia maj¹
rdzenie ferrytowe ni¿ ¿elazne. Przy du¿ych

pr¹dach ferryt natomiast wprowadza silne
ograniczanie. Przy rdzeniu ¿elaznym prze-
biega ono znacznie ³agodniej.

Mo¿na zdobyæ siê na wykonanie

cewki filtru we w³asnym zakresie i dlate-
go przytoczê zale¿noœci pozwalaj¹ce na
obliczenie wymaganej liczby zwojów dla
uzyskania zak³adanej indukcyjnoœci cewki
powietrznej. Charakterystyczne wymiary
cewki s¹ podane na rysunku 8.

Wzór ogólny na obliczenie takiej

cewki jest doϾ skomplikowany:

gdzie:
z

– liczba zwojów,

L

Рwymagana indukcyjnoϾ [mH],

A, B, D – wymiary cewki [cm].
Wzór ten mo¿na znacznie uproœciæ jeœli
wymiary cewki dobrane s¹ w odpowie-
dnich proporcjach: d = A; A = 1,2B;
D = 2A = 2,4B. Wówczas liczbê zwojów
mo¿na obliczyæ z zale¿noœci:

Najlepiej by³oby jednak pójœæ do sklepu
i kupiæ elementy o podanych parametrach.

Do nawiniêcia cewki przygotowaæ trze-

ba odpowiedni karkas i co najistotniejsze
drut nawojowy w emalii lub bawe³nie. Œre-
dnica drutu mo¿e zawieraæ siê w przedziale
od 0,7 do 2 mm. G³ównym kryterium do-
boru œrednicy drutu jest rezystancja cewki.
Po obliczeniu iloœci zwojów obliczymy po-
wierzchniê przekroju uzwojenia:

gdzie:
s – przekrój uzwojenia (A×B) [mm

2

],

z – iloœæ zwojów,
d

d

– œrednica drutu nawojowego [mm].

Po obliczeniu wymiaru B na podsta-

wie podanych wy¿ej proporcji obliczymy
pozosta³e wymiary cewki:

Kondensatory stosowane w filtrach

powinny mieæ du¿e pojemnoœci. Jako naj-
wiêksze pojemnoœci u¿ywane s¹ konden-
satory elektrolityczne. Powinny to byæ tzw.
kondensatory bipolarne – nie wymagaj¹-
ce polaryzacji napiêcia sta³ego. Kondensa-
tor taki mo¿na uzyskaæ przez po³¹czenie
szeregowe w przeciwnym kierunku dwóch
kondensatorów polarnych. Kondensatory
elektrolityczne powinny mieæ napiêcie
znamionowe 50÷100 V. Do ³¹czenia sze-
regowego najlepsze bêd¹ kondensatory
przewidziane do pracy impulsowej o ma-
³ej impedancji szeregowej tzw. ESR.

Przy wy¿szych czêstotliwoœciach

(mniejsze pojemnoœci) lepsze parametry
posiadaj¹ kondensatory poliestrowe (KSE,
MKSE, MKT), a jeszcze lepsze kondensatory
z dielektrykiem polipropylenowym (MKP).

Elementy zwrotnicy mo¿na zamonto-

waæ na p³ytce drukowanej. Doœæ czêsto
spotykanym rozwi¹zaniem jest monta¿ po-
wietrzny. Oczywiœcie skomplikowan¹
zwrotnicê lepiej wykonaæ solidnie na p³yt-
ce. P³ytka mo¿e byæ bezpoœrednio po³¹czo-
na z zaciskami zewnêtrznymi zespo³u g³o-
œnikowego. Pod³¹czenie g³oœników do p³yt-
ki wykonaæ przewodami o odpowiednim
przekroju pamiêtaj¹c o fazach g³oœników.

16

8/2000

Zwrotnice i filtry g³oœnikowe

Elementy stosowane
w zwrotnicach g³oœnikowych

à

R.K.

D

B

A

d

Rys. 8 Wymiary cewki powietrznej

(

)

z

L

D

B

A

=

×

× +

+

10

9

10

80D

3

2

R

g

= 4

W

R

g

= 8

W

T³umienie

R1

R2

R1

R2

[db]

[

W]

[

W]

[

W]

[

W]

1

0,47

33

0,82

68

2

0,82

15

1,8

33

3

1,2

10

2,2

18

4

1,5

6,8

2,7

15

5

1,8

5,6

3,3

10

6

2,2

3,9

3,9

8,2

Tabela 1 – Elementy dzielnika napiêciowego

[

]

[ ]

z

L mH

B cm

=

×

246

s

z d

d

= ×

2

B

s

=

×

0 91

,

W uk³adzie budzika wprowadzono kilka
poprawek. Oto ich lista:
1. Masa uk³adu US2 (ULN2003A) na

p³ytce powinna byæ na nó¿ce 8
(przed³u¿yæ zworkê id¹c¹ poprzednio
do nó¿ki 9 z C5).

2. Diody LED D1, D2 nale¿y montowaæ

odwrotnie pod³¹czaj¹c katodê D1 do
masy zegara, a anodê D2 do nó¿ki 21
uk³adu US1 „Budzik”.

3. Zamieniæ nale¿y wyprowadzenia

uk³adu US1 „Budzik”. Nó¿kê 6 US1
pod³¹cza siê do z³¹cza GK’ pole 2,
nó¿kê 24 (RB3) US1 do R7.

4. Na p³ytce klawiatury nó¿ka 2 z³¹cza

GK powinna byæ po³¹czona z dolnym,
lewym, wolnym oczkiem w³¹cznika
„Urz¹dz.” Patrz¹c od strony monta¿u.

5. Do kondensatora C9 nale¿y do³¹czyæ

równolegle rezystor 2,4 k

W.

6. Zmieniæ wartoœæ rezystora R13

z 4,7 k

W na 47 kW.

Poprawki do budzika

à

mgr in¿. Tomasz Kwiatkowski