Zwrotnice

Układ pracy wzmacniacza - trimode

Układ ten jest rzadko stosowany mimo, że posiada szereg zalet. Ale po kolei, w układzie
pracy trimode możemy zastosować tylko wzmacniacz, który jest przystosowany do takiego
połączenia. W instrukcji obsługi jest to wyraźnie zaznaczone i jak się przekonamy
większość wzmacniaczy dobrych firm jest przystosowana do takiego trybu pracy. Układ
trimode pozwala zasilać z jednego wzmacniacza dwukanałowego system głośników
przednich w trybie stereo i jednocześnie subwoofer w trybie mono. Daje to wymierną
oszczędność (wzmacniacz dwukanałowy jest tańszy od czterokanałowego).

Aby układ pracy był prawidłowo zbudowany powinniśmy pod uwagę wziąć kilka aspektów:
Jak wiemy w układzie mostkowym wzmacniacz posiada dwukrotnie większą moc niż
pojedynczy kanał. Aby zachować poprawną proporcję odtwarzania basów i pozostałej
części pasma, głośnik basowy powinien być o impedancji 8 Ohm (zakładamy, że system
głośników przednich ma impedancję 4 Ohm) lub też możemy zastosować głośnik
dwucewkowy o impedancji cewek 4 Ohm każda i połączyć je szeregowo.

Subwoofer powinien odtwarzać tylko niskie częstotliwości, które musimy wydzielić z
całkowitego sygnału audio – krótko mówiąc zastosować filtr dolnoprzepustowy –
zwrotnicę.

W układzie pracy możemy zastosować prosty układ filtru pierwszego rzędu, czyli cewkę o
określonej indukcyjności.

lub korzystniej zwrotnicę drugiego rzędu

Skoro z całkowitego sygnału audio oddzieliliśmy częstotliwości „dla potrzeb” subwoofera,
to konieczne jest oddzielenie pozostałej części pasma akustycznego, które będzie
odtwarzane przez system głośników przednich. Jest to bardzo proste wystarczy, że
zastosujemy kondensator o określonej pojemności.

Teraz kilka uwag praktycznych – cewki o określonej indukcyjności i filtry możemy kupić
gotowe, należy zwrócić uwagę na rezystancję cewki (im mniejsza tym lepiej), natomiast
filtr do subwoofera powinien przenosić określoną moc. Kondensatory kupujemy bipolarne,
bardziej wymagający mogą zastosować kondensatory MKT, posiadający słuch absolutny -
kondensatory polipropylenowe MKP (drogie! ale bardzo dobre). Kondensatory powinny
być na napięcie co najmniej 100 V.

Aby nie zaprzątać głowy wzorami matematycznymi do obliczeń wartości elementów LC –
na naszej stronie w Poradniku – zwrotnice podajemy wartości cewek i kondensatorów,
jakie trzeba zastosować do budowy zwrotnicy.

6 dB na oktawę

Schemat zwrotnicy

L = indukcyjność, C = kondensator

Impedancja głośnika

2 Ohms

4 Ohms

8 Ohms

Częstotliwość

L1

C1

L1

C1

L1

C1

80 Hz

4.1 mH

1000 uF

8.2 mH

500 uF

16 mH

250 uF

100 Hz

3.1 mH

800 uF

6.2 mH

400 uF

12 mH

200 uF

130 Hz

2.4 mH

600 uF

4.7 mH

300 uF

10 mH

150 uF

200 Hz

1.6 mH

400 uF

3.3 mH

200 uF 6.8 mH

100 uF

260 Hz

1.2 mH

300 uF

2.4 mH

150 uF 4.7 mH

75 uF

400 Hz

0.8 mH

200 uF

1.6 mH

100 uF 3.3 mH

50 uF

600 Hz

0.5 mH

136 uF

1 mH

68 uF

2 mH

33 uF

800 Hz

0.41 mH

100 uF

0.82 mH

50 uF

1.6 mH

25 uF

1000 Hz

0.31 mH

78 uF

0.62 mH

38 uF

1.2 mH

20 uF

1200 Hz

0.25 mH

66 uF

0.51 mH

33 uF

1 mH

16 uF

1800 Hz

0.16 mH

44 uF

0.33 mH

22 uF 0.68 mH

10 uF

4000 Hz

80 uH

20 uF

0.16 mH

10 uF 0.33 mH

5 uF

6000 Hz

51 uH

14 uF

0.1 mH

6.8 uF 0.29 mH 3.3 uF

9000 Hz

34 uH

9.4 uF

68 uH

4.7 uF 0.15 mH 2.2 uF

12000 Hz

25 uH

6.6 uF

51 uH

3.3 uF

0.1 mH

1.6 uF

12 dB na oktawę

Schemat zwrotnicy

L = indukcyjność, C = kondensator

Impedancja głośnika

2 Ohms

4 Ohms

8 Ohms

Czestotliwość

L1

C1

L1

C1

L1

C1

80 Hz

5.5 mH

680 uF

11 mH

330 uF

22 mH

180 uF

100 Hz

4.7 mH

560 uF

9.1 mH

270 uF

18 mH

150 uF

130 Hz

3.3 mH

400 uF

6.8 mH

200 uF

15 mH

100 uF

200 Hz

2.2 mH

300 uF

4.7 mH

150 uF

9.1 mH

75 uF

260 Hz

1.8 mH

200 uF

3.6 mH

100 uF

6.8 mH

50 uF

400 Hz

1.1 mH

150 uF

2.2 mH

68 uF

4.7 mH

33 uF

600 Hz

0.75 mH 100 uF

1.5 mH

47 uF

3 mH

27 uF

800 Hz

0.5 mH

68 uF

1 mH

33 uF

2 mH

15 uF

1000 Hz

0.47 mH

50 uF

0.91 mH

27 uF

1.8 mH

13 uF

1200 Hz

0.33 mH

44 uF

0.75 mH

22 uF

1.5 mH

11 uF

1800 Hz

0.27 mH

30 uF

0.5 mH

15 uF

1 mH

6.8 uF

4000 Hz

0.1 mH

15 uF

0.22 mH

6.8 uF

0.47 mH

3.3 uF

6000 Hz

75 uH

10 uF

0.15 mH

4.7 uF

0.33 mH

2.2 uF

9000 Hz

50 uH

6.8 uF

0.1 mH

3.3 uF

0.23 mH

1.5 uF

12000 Hz

39 uH

4.7 uF

75 uH

2.2 uF

0.15 mH

1 uF

18 dB na oktawę

Schemat zwrotnicy

L = indukcyjność, C = kondensator

Impedancja głośnika

4 Ohms

8 Ohms

Czestotliwość

L1

C1

C2

L1

C1

C2

80 Hz

6 mH

330 uF 1000 uF

12 mH

160 uF 500 uF

100 Hz

4.7 mH

270 uF

800 uF

10 mH

150 uF 400 uF

130 Hz

3.3 mH

200 uF

600 uF

7.5 mH

100 uF 300 uF

200 Hz

2.2 mH

150 uF

400 uF

5.4 mH

68 uF 200 uF

260 Hz

1.82 mH 100 uF

300 uF

3.3 mH

50 uF 150 uF

400 Hz

1.1 mH

68 uF

200 uF

2.4 mH

33 uF 100 uF

600 Hz

0.82 mH

47 uF

130 uF

1.6 mH

21 uF

68 uF

800 Hz

0.6 mH

33 uF

100 uF

1.2 mH

16 uF

50 uF

1000 Hz

0.47 mH

27 uF

75 uF

0.9 mH

13 uF

39 uF

1200 Hz

0.39 mH

22 uF

68 uF

0.82 mH

11 uF

33 uF

1800 Hz

0.27 mH

15 uF

47 uF

0.5 mH

7.5 uF

22 uF

2000 Hz

0.24 mH

13 uF

40 uF

0.47 mH 6.8 uF

20 uF

3000 Hz

0.16 mH 8.8 uF

27 uF

0.33 mH 4.7 uF

14 uF

4000 Hz

0.12 mH 6.8 uF

20 uF

0.24 mH 3.3 uF

10 uF

6000 Hz

82 uH

4.7 uF

13 uF

0.21 mH 2.2 uF 6.8 uF

8000 Hz

60 uH

3.3 uF

10 uF

0.12 mH 1.5 uF

5 uF

9000 Hz

47 uH

2.7 uF

8.2 uF

0.1 mH

1.3 uF 3.9 uF

12000 Hz

38 uH

2.2 uF

6.8 uF

82 uH

1.1 uF 3.3 uF

Schemat zwrotnicy

L = indukcyjność, C = kondensator

Impedancja głośnika

4 Ohms

8 Ohms

Czestotliwość

L2

L3

C3

L2

L3

C3

80 Hz

12 mH

4 mH

680 uF

24 mH

8 mH

330 uF

100 Hz

10 mH

3.3 mH 500 uF

20 mH

6.8 mH 270 uF

130 Hz

7.5 mH

2.5 mH 400 uF

15 mH

4.7 mH 200 uF

200 Hz

4.7 mH

1.6 mH 270 uF

10 mH

3.3 mH 150 uF

260 Hz

3.6 mH

1.2 mH 200 uF 7.5 mH

2.2 mH 100 uF

400 Hz

2.4 mH

.82 mH 130 uF 4.7 mH

1.5 mH

68 uF

600 Hz

1.6 mH

0.5 mH

90 uF

3.3 mH

1 mH

50 uF

800 Hz

1.2 mH 0.39 mH 68 uF

2.2 mH 0.82 mH 33 uF

1000 Hz

1 mH

0.33 mH 50 uF

2 mH

0.68 mH 25 uF

1200 Hz

0.82 mH 0.27 mH 47 uF

1.6 mH 0.47 mH 22 uF

1800 Hz

0.5 mH 0.18 mH 30 uF

1 mH

0.39 mH 15 uF

2000 Hz

0.47 mH 0.16 mH 27 uF 0.91 mH 0.33 mH 13 uF

3000 Hz

0.33 mH 0.1 mH

18 uF 0.68 mH 0.2 mH 9.4 uF

4000 Hz

0.24 mH

80 uH

13 uF 0.47 mH 0.16 mH 6.8 uF

6000 Hz

0.16 mH

50 uH

10 uF 0.33 mH 0.1 mH 4.7 uF

8000 Hz

0.12 mH

39 uH

6.8 uF 0.24 mH

82 uH

3.3 uF

9000 Hz

0.1 mH

33 uH

5 uF

0.2 mH

68 uH

2.7 uF

12000 Hz

82 uH

27 uH

4.7 uF 0.16 mH

50 uH

2.2 uF

Prosty system car audio

System audio składał się będzie z jednostki sterującej - radioodtwarzacza, dwudrożnego
zestawu głośnikowego ze zwrotnicą, przeznaczonego do zainstalowania z przodu samochodu,
subwoofera i wzmacniacza czterokanałowego. Dwa kanały tego wzmacniacza będą zasilały
zestaw głośników przednich, pozostałe dwa kanały połączone w układ mostkowy będą
zasilały subwoofer.

Pamiętajmy, że bardzo ważne, a może najważniejsze dla systemu car audio są głośniki
przednie. Od ich parametrów i poprawności montażu zależy czystość obrazu dźwiękowego i
atmosfera akustyczna. Najkorzystniejsze będzie zamontowanie głośników średnio-
niskotonowych w przednie drzwi samochodu. Oczywiście drzwi powinny być akustycznie
wytłumione i głośniki poprawnie zamontowane. Głośniki wysokotonowe montujemy w
słupkach przednich lub u nasady słupków. Polecam dwudrożny system głośnikowy ze
zwrotnicą. Przypomnę jak ważną rolę w systemie głośnikowym spełnia zwrotnica. Po
pierwsze rozdziela sygnał akustyczny pomiędzy głośniki specjalnie skonstruowane do
odtwarzania określonego pasma częstotliwości. W zestawie dwudrożnym do głośnika
średnio-niskotonowego kierowana jest część sygnału zawierająca częstotliwości od ok. 20 Hz
do ok. 4000 Hz. Sygnały o częstotliwościach wyższych niż 4000 Hz kierowane są do głośnika
wysokotonowego. Rozdzielenie sygnału jest wskazane nie tylko dlatego, że głośnik średnio-
niskotonowy nie odtworzyłby sygnałów akustycznych o częstotliwości większej od 4000 Hz,
ale także dlatego, że prądy o częstotliwościach nie przetwarzanych przez głośnik i
niepotrzebnie płynęłyby przez jego cewkę. Powodowałoby to wzrost temperatury cewki oraz
niepotrzebnie obciążałyby wzmacniacz. W przypadku skierowania całego sygnału na głośnik
wysokotonowy nieprzystosowany do przetwarzania sygnałów o niskiej częstotliwości ulegnie
on uszkodzeniu - nastąpi przepalenie cewki tego głośnika. W naszym przypadku stosowanie
dwudrożnych zestawów głośnikowych bez zwrotnicy wyposażonych tylko w kondensator do
głośnika wysokotonowego jest niewskazane.

System głośnikowy powinien składać się z dwóch głośników średnio-niskotonowych o
średnicy 16.5 cm lub 13 cm, dwóch głośników wysokotonowych i dwóch zwrotnic. Są
niestety samochody, w których producent nie zadbał o miejsce w drzwiach przednich do
zamontowania głośników np. niektóre modele Fiata lub Mercedesa, są tylko miejsca do
zamontowania 10 cm głośników koaksjonalnych w desce rozdzielczej. W takim przypadku
czeka nas wykonanie specjalnych paneli do drzwi przednich umożliwiających zamontowanie
głośników najlepiej o średnicy 16.5 cm.W miejsca fabryczne na desce rozdzielczej można w
ostateczności zamontować głośniki wysokotonowe (korzystniej byłoby zamontować je w
przednich słupkach).

Wzmacniacz czterokanałowy powinien posiadać moc od 4*50W do 4*100W RMS, powinien
być wyposażony w filtry dolnoprzepustowy LPF i górnoprzepustowy HPF, oczywiście z
płynną regulacją częstotliwości odcięcia dla obydwu filtrów.

Subwoofer - proponuję wykonanie zestawu głośnika basowego w obudowie typu
zamkniętego, głośnik powinien być o średnicy 25 cm (10") lub 30 cm (12") i mocy równej lub

do 30% większej od mocy wyjściowej (w układzie mostkowym) zastosowanego
wzmacniacza.

Radioodtwarzacz - powinien posiadać wyjścia sygnałowe RCA (najlepiej cztery) no i
możliwość sterowania załączaniem wzmacniacza tzw. wyjście remote (wszystkie
współcześnie produkowane radioodtwarzacze posiadają takie wyjście). Pewnym problemem
są tzw. fabryczne radioodtwarzacze w jakie wyposażone są niektóre modele nowych
samochodów, które nie posiadają wyjść RCA, problem ten najczęściej jest do rozwiązania w
profesjonalnym zakładzie montażowym car audio.

Do wykonania instalacji oprócz powyżej opisanych komponentów konieczne będzie
zaopatrzenie się w materiały pomocnicze.

Kable

Zasilający dodatni (+) w kolorze czerwonym o przekroju 10 mm² najczęściej do
standardowych samochodów wystarcza 5 mb. tego przewodu.

Zasilający ujemny (-) w kolorze czarnym lub niebieskim o przekroju j.w. 10 mm² o takiej
samej długości jak przewód (+).

Oprawka bezpiecznika, wraz z bezpiecznikiem.

Przewody sygnałowe - jeden zestaw poczwórny, lub dwa zestawy podwójne oczywiście z
przewodem remote dla radioodtwarzacza posiadającego cztery wyjścia RCA. Ważne jest by
przewody te były dobrej jakości, ponieważ w przeciwnym przypadku możemy spodziewać się
dużego poziomu szumów i zakłóceń.

Przewody głośnikowe łączące wzmacniacz z systemem głośników przednich o przekroju 2,5
mm², przewód głośnikowy łączący wzmacniacz z subwooferem o przekroju 4 mm².

Montaż

Przypomnę, że montaż kabli zasilających powinien być wykonany w taki sposób, by
przewody te nie były narażone na uszkodzenie, często konieczne jest osłonięcie przewodów
zasilających specjalną rurką karbowaną. Oprawka bezpiecznika powinna być zainstalowana
na przewodzie (+) jak najbliżej akumulatora. Wszystkie połączenia przewodów zasilających i
głośnikowych muszą być wykonane bardzo starannie poprzez połączenia zaciskowe lub
lutowanie.





Konstrukcje subwooferów

1. Obudowa typu zamkniętego.

Głośnik zamontowany jest w bardzo szczelnej skrzyni. Zaletą tej
konstrukcji jest jej prostota, oraz szybki i charakteryzujący się dużą
dynamiką bas. W przypadku kolumn w obudowie zamkniętej wymagane
jest dobranie do konkretnego rodzaju głośnika odpowiednio dużej obudowy,
która pozwoli na uzyskanie głębokiego basu. Charakteryzuje się niską
skutecznością, obecnie nie jest to problemem, ponieważ dysponujemy
głośnikami i wzmacniaczami o dużych mocach. Obudowy przy
zastosowaniu odpowiednich głośników zajmują mało miejsca w bagażniku.
Miłośnicy słuchania muzyki w samochodzie preferują te właśnie obudowy
ze względu na brzmienie. Inną zaletą jest fakt, że początkujący
konstruktorzy stosujący głośniki „no name” prawie zawsze uzyskują
poprawne brzmienie.

2. Obudowa bass-reflex

Specyficzną cechą tego typu obudowy jest to, że obok membrany głośnika
znajduje się otwór, w który wmontowana jest rura prowadząca do wnętrza
obudowy. Stanowi ona drogę ujścia dla pompowanego przez membranę
głośnika powietrza. Obudowy tego typu charakteryzują się szerszym
zakresem odtwarzanych częstotliwości od obudowy typu zamkniętego, mają
także większą skuteczność ponieważ w obudowie bass-reflex
wykorzystujemy energię promieniowaną przez tylną stronę membrany.
Powinniśmy zastosować głośnik odpowiednich parametrach by system
zagrał poprawnie. Wadą tego typu obudów jest wolniejszy i mniej
dynamiczny bas - fachowcy określają to jako dużo gorszą odpowiedź
impulsową niż w obudowie zamkniętej. Obudowy te są najczęściej większe
od obudów zamkniętych - zajmują więcej miejsca w bagażniku. Kolejną ich
wadą jest skomplikowana konstrukcja. Bez przygotowania teoretycznego
obliczenie i poprawne zestrojenie tej obudowy jest praktycznie niemożliwe.
Przy samodzielnej budowie najlepiej zastosować rozwiązane zalecane przez
producenta głośnika (dobre firmy do zakupionego głośnika załączają projekt
obudowy).

3. Obudowa pasmowo-przepustowa 4-go rzędu (band-pass).

Cechą charakterystyczną na pierwszy rzut oka jest niewidoczna membrana
głośnika, subwoofer gra przez „rurę” portu bass-reflex. Obudowa składa się
z dwóch komór, w jednej jest zamknięty głośnik. Druga komora posiada
otwór bas refleksu. Obudowa taka łączy część zalet obudowy zamkniętej i
otwartej. Charakteryzuje się dobrą skutecznością. Wadą tych obudów jest
ich wielkość i bardzo skomplikowana konstrukcja. Zaprojektowanie tej
obudowy jest bardzo trudne, obliczenia wykonane w oparciu o
komputerowy program symulacyjny nie zawsze sprawdzają się w
rzeczywistości często konieczne są pomiary akustyczne i przeprowadzenie
korekty obliczeń. Przy samodzielnej budowie najlepiej zastosować
rozwiązanie zalecane przez producenta głośnika.

4. Obudowa pasmowo-przepustowa 6-go rzędu (band-pass).

Tego typu obudowa składa się z dwóch komór z otworami bass-reflex,
każda z tych komór dostrojona jest do innej częstotliwości (posiada inną
pojemność i różnej długości porty bass-reflex). Zaletą tego typu obudowy
jest bardzo duża skuteczność. Wady to duża wielkość, obudowa ta jest
większa od obudowy band-pass 4-go rzędu, dużo gorsza odpowiedź
impulsowa i bardzo skomplikowana konstrukcja. Obudowa ta jest
najtrudniejszą do zaprojektowania i wyliczenia, nawet producenci
głośników stosunkowo rzadko załączają jej projekt.

5. Konstrukcja izobaryczna.

Jeżeli dwa głośniki poruszają się w ściśle zamkniętej przestrzeni
powietrznej, w przeciwfazie to taką konstrukcję nazywa się izobaryczną.
Takie połączenie głośników stosowane jest najczęściej w obudowach
pasmowo - przepustowych. Zaletą tego układu jest to, że działa jak jeden
wysokosprawny głośnik, ma dużo mniejsze zniekształcenia oraz pozwala na
zmniejszenie obudowy do 50%. Układ posiada mniejszą skuteczność, ale
przy zastosowaniu wzmacniacza o dużej mocy wyjściowej nie jest to
problemem.

6. Przegroda nieograniczona.

Najprościej mówiąc jest to głośnik basowy zmontowany w tylnej półce.
Charakteryzuje się bardzo małą sprawnością, ponieważ niemożliwe jest
uzyskanie akustycznej izolacji przedniej i tylnej strony membrany, tak by
fale dźwiękowe nie znosiły się wzajemnie. Niemożliwe jest uzyskanie
odtwarzania najniższych częstotliwości. Obudowa coraz rzadziej stosowana.

Subwoofer w obudowie zamkniętej

Obudowa ta ma bardzo wielu zwolenników, myślę, że coraz więcej ze względu na jej prostotę
i parametry akustyczne. Głośnik w obudowie zamkniętej pracuje na poduszce powietrznej,
która nie pozwala na zbyt mocne wychylenie membrany. Wytworzone ciśnienie podnosi
szybkość powracania głośnika z pozycji wychylenia do wyjściowej, dzięki temu głośnik w
obudowie zamkniętej posiada doskonałą odpowiedź impulsową. Głośnik powinien
charakteryzować się Qts - dobrocią całkowitą - większą od 0.5 i dużym wychyleniem
maksymalnym - X

max

.

W wielu przypadkach dysponujemy tylko parametrami T-S dane te są wystarczające by

obliczyć jaką pojemność powinna mieć obudowa posiadanego przez nas głośnika.

W tym miejscu zanim przystąpimy do obliczeń chciałbym abyśmy poznali wpływ wielkości
obudowy na uzyskane efekty brzmieniowe. Celem uściślenia naszych rozważań będziemy
posługiwali się dobrocią głośnika w obudowie - parametrem Q

tc

.

V

b

= V

as

/ [(Q

tc

2

/ Q

ts

2

) - 1]

V

b

- objętość obudowy subwoofera w litrach;

Q

tc

- całkowita dobroć głośnika w obudowie - wielkość tą przyjmujemy od 0.500 do 1.000;

V

as

- objętość zastępcza głośnika - jeden z parametrów T-S;

Q

ts

- dobroć całkowita głośnika bez obudowy - jeden z parametrów T-S;

Jaki wpływ na brzmienie ma wielkość dobroci całkowitej głośnika w obudowie zamkniętej
spróbuję wyjaśnić. Otóż przy Q

tc

= 0.500 głośnik posiada najlepsza odpowiedź impulsową, a

częstotliwość rezonansowa głośnika w obudowie jest najniższa. Subwoofer dobrze odtwarza
najniższe częstotliwości. Obudowa ta charakteryzuje się stosunkowo dużymi rozmiarami.

Przy Q

tc

= 0.707 przetwarzanie głośnika jest najbardziej liniowe - wartość ta jest optymalna

(najlepszy stosunek parametrów akustycznych do wielkości obudowy).
Powyżej wartości 0.707 pojawia się podbicie na charakterystyce i bardzo ostry spadek
przetwarzania niskich częstotliwości. Przy wartościach Q

tc

= 1.000 i wyższych pojawia się

silne podbicie przy częstotliwościach od ok. 80 Hz do ok. 120Hz (w zależności od
parametrów zastosowanego głośnika)

Charakterystyki przenoszenia subwoofera w zależności od dobroci całkowitej Q

tc

.

Wskazówki praktyczne

Objętość obudowy obliczamy na podstawie parametrów T-S, przyjmując wielkość Q

tc

(najkorzystniej 0.707) przy zastosowaniu prostego wzoru przedstawionego powyżej (tego na
V

b

). Projektujemy naszą obudowę uwzględniając wysokość bagażnika, oraz skos pochylenia

tylnych siedzeń. Nie będę tu opisywał sposobu obliczenia i zaprojektowania poszczególnych
ścianek obudowy ponieważ każdy z tym sobie na pewno poradzi.