Aktualna wersja na dzień 08:48, 31 sty 2026

Wstęp

Tekst który powstał w ubiegłym roku a dotyczący głównie mojego coming outu zawierał mały fragmencik dotyczący zwrotnic (zwrotnic prądowych) w kolumnach. Właściwie pretekstem było zdumienie nt. tworzenia kabloentuzjazmu podczas gdy tego zjawiska (czyli stosowania przewodów głośnikowych sensu stricte) mogłoby w ogóle nie być.

Wspomniałem tam o ALSO czyli Active Loudspeakers System Organisation. Do dziś dobrze pamiętam tezy tego archiwalnego artykułu bodajże z HiFi Answers z roku 1978. Streszczając maksymalnie autor dziwi się jak to jest, że bardzo wyrafinowany sygnał ze wzmacniacza, wypieszczony przez tranzystory Mos-Fet, wypielęgnowany w A-klasie nagle wpuszcza się do środowiska kłębków drutu i butelek lejdejskich :)

Umówmy się, że będąc konsekwentny jako nie pijący wody prosto z kranu (czyli nie posługujący się napięciem zasilania saute z gniazdka) nie powinienem też ugotowej potrawy podawać na nocniku (w nocniku ? ). No, ale część użytkowników drogich klocków jest konsekwentna inaczej czego nie potępiam, lecz dziwi mnie to tylko...

No dobrze przejdźmy zatem do rzeczy.

Jeśli kolumna głośnikowa czy jak kto woli zespół głośnikowy składa się z kilku głośników to wymaga kogoś (czegoś) co podpowie głosnikom kiedy mają grać. Bez tej podpowiedzi głośnik nisko tonowy może próbować odtwarzać wysokie tony (co wszakże nie wywoła skutków akustycznych) a wysokotonowy może próbować odtwarzać tony niskie, co może "poważnie zaszkodzić jego życiu lub zdrowiu" czyli może takiej próby nie przeżyć.

Na razie na roboczo pozostańmy przy kolumnie dwudrożnej czyli układzie nisko-tonowy - wysokotonowy. Potrzebujemy urządzenia, które odetnie tony wysokie od głośnika nisko-tonowego i odwrotnie tony niskie od wysokotonowego. Tak naprawdę to zwykle dla bezpieczeństwa pracy wystarczy tylko filtr dla wysokotonowego...

Parę zdań o drganiach

Dla zrobienia dalszego przybliżenia przyjrzymy się teraz głośnikowi i zagadnieniu drgań mechanicznych jako takich. Używając języka szkoły podstawowej zdefiniujemy na początek układ drgający. W największym uproszczeniu składa się on z ciężarka i sprężynki czyli ogólnie mówiąc masy umieszczonej na sprężynie. Taki układ wprawiony w ruch zaczyna drgać z określoną częstotliwością czyli wychyla się góra dół określona ilość razy w jednostce czasu. Ta częstotliwość jest charakterystyczna i niepowtarzalna dla konkretnego układu drgającego. W oczywisty sposób zależy od masy drgającej i sztywności sprężystości, na której ta masa spoczywa.

Określając to bardzo z grubsza beletrystycznie to częstotliwość drgań własnych jest proporcjonalna do sztywności i odwrotnie proporcjonalna do masy. Ponieważ zależnośc nie jet liniowa to pisze proporcjonalna a nie wprost proporcjonalna. Innymi słowy maleje wraz z masą i rośnie wraz ze sztywnością.

Dla "tropicieli różnic", który posługują się wzorami można to zapisać ściśle...

We wzroku występuje jeszcze współczynnik proporcjonalności zawierający liczbę Pi

π ≈ 3,14

a w wrsji audiofilskiej pisane jest złotymi literami i wynosi

π ≈ 3,141592 653589 793238 462643 383279 502884 197169 399375 105820 974944 592307 816406 286208 998628 034825 342117 067982 148086 513282 306647 093844 609550 582231 725359 408128 481117 450284 102701 938521 105559 644622 948954 930381 964428 810975 665933 446128 475

Teraz myślowo zrobimy mały krok do przodu i drgania swobodne zastąpimy drganiami wymuszonymi, wszak prąd elektryczny pulsujący w cewce głośnika z wielką bezwzględnością wymusza na nim ruch. Z jaką to czyni częstotliwością ? Ano z taka jak podpowiada mu wzmacniacz...

Rezonans

Co stanie się jeśli wzmacniacz nieopatrznie zacznie pobudzać głośnik sygnałem, którego częstotliwość zgodzi się z częstotliwością własną głośnika ???

Wystąpi zjawisko rezonansu

To zjawisko jest znane od dawna. Zajrzyjmy do podręcznika fizyki dla podstawówki z roku 1965 :)

Zjawisko rezonansu mechanicznego bywa niekiedy tragiczne w skutkach. Oto w 1850 r. w miejscowości Angers we 
Francji zawalił się duży most, gdy maszerowała po nim kolumna żołnierzy, zachowująca krok marszowy.
Rysunek pokazuje rozmiar tej katastrofy. 
Od tego czasu regulaminy wojskowe nakazują, aby przechodzenie przez mosty zwartych grup ludzi odbywało się krokiem dowolnym. 
Bardzo często załamują się stropy i fundamenty na skutek rezonansu z pracującymi maszynami. 
Kadłuby statków', samolotów, samochodów są szczególnie narażone na trwałe uszkodzenia spowodowane rezonansem mechanicznym. 
Obecnie konstruktorzy opanowali już umiejętność zapobiegania skutkom rezonansu, ale zawsze ze zjawiskiem tym trzeba się liczyć przy opracowywaniu nowych konstrukcji.

Powyższe pokazuje że zjawisko rezonansu (a raczej zjawisko UNIKANIA rezonansu) jest kluczem przy projektowaniu zwrotnic i szerzej mówiąc kolumn głośnikowych w ogóle.

Dla uzupełnienia warto by dodać, że w układach drgających często uwzględniamy tłumienie, lecz uwaga ta ma na tym etapie sens jedynie porządkowy.

Wytwarzanie i rozdział mocy

Drugim ważnym elementem będzie oszacowanie jak kolumna (zespół głośnikowy) oddaje moc do otoczenia.

W tym celu zrobimy banalnie prosty szkic mający na celu uświadomienie zjawiska a nie dokładne rozważania ilościowe.

Wytwarzanie mocy, którą potem odbiera ucho to nic innego jak pompowanie powietrza po to, aby wywołać w nim ruch falowy. Ponieważ rzecz odbywa się w środowisku płynu (przypominam płyn to ciecz lub gaz a gaz to np. powietrze) to opis matematyczny mocno się komplikuje więc na tym etapie odpuszczamy go sobie. Na osi pionowej mamy moc wytwarzana przez zespół głośnikowy czyli kolumnę wyrażoną w procentach. Na osi poziomej mamy częstotliwość i ze względu na szeroki zakres 20 - 20000 ma ona skalę logarytmiczną.

Jeżeli zapytamy ile mocy przenosi głośnik nisko-tonowy to okaże się, że zależnie od częstotliwości podziału jest to co najmniej kilkadziesiąt procent. To wiele tłumaczy i wyjaśnia dlaczego głośniki są zbudowane tak jak są. Co do głośników wysoko-tonowych (na razie na roboczo mówimy tylko o kolumnie dwu-drożnej) to jak widac przenoszą one co najwyżej kilka - kilkanaście procent mocy akustyczne generowanj przez kolumnę.

To tłumaczy cudowne przyrosty mocy głośników wysokotonowych produkowanych np przez Koncern Tysiąclecia w Wielkopolsce. Głośnik, który jako szerokopasmowy (czyli bez zwrotnicy) ma 5-10 wat jako wysokotonowy staje się głośnikiem przeznaczonym do zespołu głośnikowego o mocy 60-80W Skąd ten sukces ? To właśnie tłumaczy wspomniany wykres. Głośnik dzięki ograniczeniu zwrotnicą przenosi tylko ułamek mocy całego zespołu głośnikowego, ale jako jego dana techniczna podawana jest moc całego zespołu... Całkiem to sprytne, ale bywają i skuchy. Koncern produkujący zestaw wzmacniacz- tuner o nazwie Meluzyna robił do niego kolumny wyposażone we francuskie głośniki wysokotonowe. Głośniki nie cieszyły się dobrą opinia bowiem padały jak muchy. Dopiero wymiana ich na pierwsze polskie kopułki dawała remedium i gwarancję długoletniej sprawnej pracy składającej się z samych sukcesów.

Czy to znaczy, że znowu Francuzi chcieli nas nabić w butelkę ? Niekoniecznie...

Tweeter TW 8 był określany mianem supertweeter i wymagał podziału na wyższych częstotliwościach niż w typowej dwudrożnej kolumnie. Tak zastosowane Audaxy TW8 są wieczne :) Wykres uzmysławia jak podniesienie częstotliwości podziału zmniejsza moc generowaną przez głośnik. Dodatkowo też odsuwa jego zakres pracy powyżej rezonansu własnego.

Co na to sztuczna inteligencja ?

Audax TW 8 B to wysokiej klasy głośnik wysokotonowy (tweeter) z aluminiową membraną o grubości 50 mikrometrów. 
Charakteryzuje się doskonałą reprodukcją dźwięku i dobrą liniowością w zakresie wysokich częstotliwości, sięgającą nawet 40 kHz. 
Jest to komponent typu "tweeter" przeznaczony do zaawansowanych systemów audio. 

Zwrotnica pasywna

Temat zwrotnicy widziany z perspektywy roku 1957 :)

W tej części zamierzam się w znacznej mierze oprzeć na klasyce klasyki czyli książce doc.mgr inż Aleksandra Witorta "Głośniki i Zespoły Głośnikowe"

Dlaczego tak ?

• Ponieważ jest to książka pisana eleganckim językiem, bez dziwacznych naleciałości mających podkreślać fachowość współczesnych autorów.
• Ponieważ odpowiada mi sposób myślenia i prowadzenia wywodów używany w tej książce.
• Ponieważ nie jest to książka DIY, tylko została napisana pod nadzorem profesjonalnych redaktorów i wydana przez renomowane wydawnictwo.
• Ponieważ (dzięki powyższemu) nie ma ryzyka natykania się raz po raz na błędy ortograficzne, co mnie zwyczajnie brzydzi.
• Ponieważ w tamtych czasach nie było lobbingu i pewne tezy i osądy uważam za uczciwe.
• Ponieważ czuję pewną solidarność zawodową z Docentami :)

Jak zwrotnica

Skoro już wiemy, że istnieją przynajmniej dwie przesłanki aby w zespole głośnikowym głośniki były "zarządzane" przez zwrotnicę to zróbmy kolejne przybliżenie. Na razie rozważamy zestaw dwudrożny więc w pierwszym ruchu możemy głosnik niskotonowy puścić wolno niech sobie gra dopóki mu starczy możliwości. Oczywiście w pewnym momencie wraz ze wzrostem częstotliwości jego możliwości się skończą i wtedy powinien jego role przejąć głośnik wysokotonowy. Najprościej jest zatem zastosować filtr wysokoprzepustowy czyli taki, który odetnie głośni wysokotonowy od tonów niskich aby nie pozwolić mu pracować w warunkach rezonansu, oraz aby nie dopuścić do niego za dużo mocy.

Schematycznie będzie to najprostszy schemat świata :)

Aby ograniczyć głosnik wysokotonowy "od dołu" trzeba podłączyc go przez kondensator

Jaki kondensator - o tym za chwilę :)

No tak ale skoro tak chronimy wysokotonowy to co z niskotonowym... No niestety niskotonowy musi grać w zakresie rezonansu. Dzięki temu, że ma poteżną budowę i jest predestynowany do generowania dużych mocy akustycznych to po prostu daje radę. Oczywiscie rezonans nadal jest zkjawiskiem szkodliwym ponieważ ogranicza od dołu pasmo przenoszenia niskotonowego. Dzieje się tak ponieważ poczynając od częstotliwości rezonansowej jego charakterystyka opada z nachyleniem 6 dB / Oct.

Jak ma się wielkość kondensatora do częstotliwości przy której "odcina" głośnik wysokotonowy.

Pokazuje to poniższy obrazek

Dodatkowo z obrazka wynika jaki wpływ na dobór kondensatora ma oporność głośnika To istotne ponieważ trafiamy na drobną ściemę: Oporność głośnika a właściwie jego impedancję określamy przy częstości 1kHz tyle że nasz wysokotonowy przy tej częstości po prostu nie gra. No ale dla porządku trzeba się było jakoś umówić więc OK niech zostanie to 1kHz Po drugie trzeb sobie uświadomić że dokładanie do głośnika jakichś regulatorów itp. powoduje zwykle włączenie w szereg dodatkowej oporności, trzeba to więc zrobić "z głową" aby nie rozjechał się założony podział :)

Kto woli samemu policzyć jaki kondensator trzeba wykorzystac może skorzystaż z nabytej w podstawówce wiedzy w dziedzinie arytmetyki

lub skorzystać z jednego z miliona gotowych programów, które powyższy wzorek mają zaszyty w swojej wiedzy...

Ostrość podziału

Swojego czasu otarłem się o scenę podziału poborowych, którzy ubiegali się o służbę w formacjach czołgowo samochodowych. Podział odbywał się banalnie... Była ustawiona poprzeczka i kto przeszedł pod nią szedł do czołgów, a kto się nie mieścił to do samochodów, bez komputera bez zagrożenia zhakowniem systemu... :) :) :) W naszym przypadku poprzeczka czyli częstotliwość podziału jest de facto "elastyczna" ponieważ może się odbywać bardziej lub mniej stromo (gwałtownie) co ilustruje poniższy rysunek.

Na wszelki wypadek, dla pewności co do jednoznaczności pojęć, zapytaliśmy sztuczną inteligencję...

Oktawa to wszechstronne pojęcie oznaczające w muzyce interwał ośmiu stopni skali o stosunku częstotliwości 2:1 (np. 440 Hz i 880 Hz), w literaturze strofę ośmiu wersów (abababcc), w religii ośmiodniowy okres celebracji ważnej uroczystości, a także w technice (audio, elektronika) jednostkę podziału skali częstotliwości, gdzie stosunek najwyższej do najniższej częstotliwości wynosi 2. 

To co zrobiliśmy do tej pory to opanowaliśmy odcinanie głośnika kondensatorem, co daje podział o nachyleniu 6dB/oct

Odcięcie niskotonowego

Odetnijmy teraz nisko-tonowy

PO CO ?

Głośnik nisko-tonowy oczywiście przenosi wyższe częstotliwości dzięki zjawisku "dzielenia się membrany" czyli podziałowi na współśrodkowe krążki, których faza ruchu jest inna. Jest tak kiedy membrana jest umownie mówiąc miękka... A co wtedy gdy membrana nie jest stożkiem lecz klockiem ze styropianu jak w przypadku legendarnego Kef B139 Zastosowanie klocka powoduje wyeliminowanie tego zjawiska, więc i głośnik nie jest skłonny odtwarzać wyższych dźwięków. Oczywiście konsekwencją jest wybór częstotliwości podziału bo dla głośnika w stylu KEF-a musi być niższy niż dla tradycyjnego głośnika zwłaszcza z mało sztywną membraną.

Swoją drogą to głośniki nisko-tonowe z natury rzeczy nie są w stanie odtworzyć tonów nisko-średnich, tak jak głośnik średnio-tonowy. Tyle, że wraz z przerzucaniem pracy na nisko-średnio-tonowy (średnio-tonowy) stawi się przed nim wyższe wymagania. Przy niskim podziale anemiczny średnio-tonowy po prostu nie poradzi sobie z większą energią jaką musi przetworzyć (pamiętacie wykres ?) Poza tym głośnik nisko-tonowy a ściślej rzecz biorąc jego "ustrój drgający" ma zdecydowanie większą masę od tego w głośniku średniotonowym, a to ma prawo przekładać się na odtwarzanie impulsów. Budując ambitne kolumny należałoby to mieć na uwadze...

W celu odcięcia głośnika nisko-tonowego od tonów średnich (wysokich) podłączymy w szereg z głośnikiem cewkę indukcyjną. Tą metodą uzyskamy najprostszą zwrotnicę dwudrożną o nachyleniu 6 dB / oct.

Pozostaje zapanować nad wartością indukcyjności cewki co można łatwo policzyć...

Oczywiście jeśli ktoś nie chce liczyć może skorzystać z poniższego nomogramu

Odcięcie niskotonowego

Odetnijmy teraz nisko-tonowy

PO CO ?

Głośnik nisko-tonowy oczywiście przenosi wyższe częstotliwości dzięki zjawisku "dzielenia się membrany" czyli podziałowi na współśrodkowe krążki, których faza ruchu jest inna. Jest tak kiedy membrana jest umownie mówiąc miękka... A co wtedy gdy membrana nie jest stożkiem lecz klockiem ze styropianu jak w przypadku legendarnego Kef B139 Zastosowanie klocka powoduje wyeliminowanie tego zjawiska, więc i głośnik nie jest skłonny odtwarzać wyższych dźwięków. Oczywiście konsekwencją jest wybór częstotliwości podziału bo dla głośnika w stylu KEF-a musi być niższy niż dla tradycyjnego głośnika zwłaszcza z mało sztywną membraną.

Swoją drogą to głośniki nisko-tonowe z natury rzeczy nie są w stanie odtworzyć tonów nisko-średnich, tak jak głośnik średnio-tonowy. Tyle, że wraz z przerzucaniem pracy na nisko-średnio-tonowy (średnio-tonowy) stawi się przed nim wyższe wymagania. Przy niskim podziale anemiczny średnio-tonowy po prostu nie poradzi sobie z większą energią jaką musi przetworzyć (pamiętacie wykres ?) Poza tym głośnik nisko-tonowy a ściślej rzecz biorąc jego "ustrój drgający" ma zdecydowanie większą masę od tego w głośniku średniotonowym, a to ma prawo przekładać się na odtwarzanie impulsów. Budując ambitne kolumny należałoby to mieć na uwadze...

W celu odcięcia głośnika nisko-tonowego od tonów średnich (wysokich) podłączymy w szereg z głośnikiem cewkę indukcyjną. Tą metodą uzyskamy najprostszą zwrotnicę dwudrożną o nachyleniu 6 dB / oct.

Pozostaje zapanować nad wartością indukcyjności cewki co można łatwo policzyć...

Oczywiście jeśli ktoś nie chce liczyć może skorzystać z poniższego nomogramu

Bardziej pod górę czyli 12 dB/oct

Skoro już wiemy ja podzielić pasmo na dwie części to zróbmy to teraz trochę "ostrzej" czyli z nachyleniem dwukrotnie większym. Potrzebujemy do tego celu więcej elementów bo dwie cewki i dwa kondensatory. Zronimy to wedle poniższego schematu:

A elementy podobnie jak poprzednio możemy dobrać wedle nomogramu

Oczzywista jeśłi ktos chce zastosować rozwiązanie mieszane czyli 6/12 dB oct to nie ma takiego zakazu

Zwrotnice trzydrożne

Zwrotnica trzydrożna to po prostu rozwinięcie zwrotnicy dwudrożnej i w pełnej wersji wygląda na schemacie tak:

Oczywiście przed konstruktorem/budowniczym kolumny otwiera się droga do tworzenia różnych kombinacji zwrtonic, co do ich "stromości" oraz co do ilości dróg, ale reguły pozostają niezmienne jak to opisano powyżej...

Stromo, stromiej i najstromiej czyli zwrotnice o wyższych nachyleniach

Ponieważ sytuacja coraz bardziej się komplikuje to przy okazji zwrotnic "bardziej stromych" posłużę się przykładem kolumn wcześniej opisywanych przy okazji tekstu o liniach transmisyjnych czyli "za co kochamy linie transmisyjne". Chodzi o kolumny PRO9TL projektu Chrisa Rogersa i zaprojektowane do nich zwrotnice. Zastosowany głośnik Kef B 139 o którym już pisałem gra nisko, ale pierwsze kłopoty odnotowuje poniżej 1 KHz więc wymaga niskiego podziału więc zwykle jest to poniżej 500Hz. Rogers proponuje 460 Hz. To nie są popularne rozwiązania ponieważ niskie podziały wymagają sporych indukcyjności a to oznacza sporo drutu i tyleż pieniędzy. Dlatego też udało się zaobserwować jak podziały niskotonowych rosły podchodząc coraz bliżej 1 kHz. W przypadku głośników o małych średnicach jest to jeszcze jakoś uzasadnione technicznie, ale dla głośników 12 calowych już nieco wątpliwe. Głośnik wysokotonowy podzielony jest na 3,4 kHz. Zastosowano zwrotnicę 18dB/oct

Zmiany fazy powodowane przez zwrotnice

W tym miejscu trzeba by powiedziec kilka słów o zmianach fazowych powodowanych przez zwrotnice. Upraszczając zagadnienie: Okazuje się że włączenie elementu biernego powoduje przesunięcie w fazie o 90 stopni To znaczyłoby, że zwrotnica 12 db/oct przesuwa fazę o 180stopni a zwrotnica 18db/oct o 270 stopni. Jak zatem podłaczyć głośnik ? Teoria mówiłaby żeby w przypadku zwrotnicy 12 dB / oct włączyć go w przeciwfazie. W przypadku przesunięcia o 90 lub 270 stopni sytuacja robi się dyskusyjna.

Odpowiedź przynosi praktyka i zdrowy rozsądek

Kolumny budujemy dla siebie podłączmy głośnik tak jak nam się bardziej podoba. To nie są kolumny dla radykalnych tropicieli różnic i czytelników kolorowych żurnali tylko dla nas do słuchania naszej ulubionej muzyki. Teoretycznie jeśli dwa położone głośniki grają w tym samym zakresie to ich oddziaływanie może się znosić lub wzmacniać. Nawet kiedyś próbowano ludziom wmówić że istotne jest ułożenie wzajemne głośników i dla poprawy fazy wykonywano "schodkowane" ścianki czołowe kolumn. Teoretycznie może słusznie ale praktycznie słabo przekonywujące.

Po drugie przy wysokich podziałach głośnika wysokotonowego jego własna pojemność zaczyna być porównywalna z małą pojemnością łączoną w szereg, a przy stromej zwrotnicy słabo sie już nad tym panuje. Stąd posługiwanie się analizatorem widma ma większy sens techniczny niż drobiazgowe dobieranie elementów...

Przećwiczyłem osobiście kiedyś ten temat chcąc dołączyć "supertweeter" podzielony na 10kHz. Efekty niesłyszalne nawet dla wprawnych audiotygrysów polujących na różnice. Jeden kondensator i wystarczy...

Można też dojść do wniosku, że zwrotnica 24db/oct dawałaby optymalny efekt... być może tak ale należałoby staranie zmierzyć efekt jej działania bo przy dużej ilości elementów zastosowanych w filtrze efekt może stać się nieprzewidywalny.

No i wreszcie jest jeszcze jeden czynnik... jak na takie stuelementowe zwrotnice patrzy wzmacniacz ? Ano niekoniecznie tak samo niektóre wzmacniacze wyraźnie "nie lubią" stuelementowych zwrotnic.

Oczywiście brzmi to irracjonalnie, ale takie rzeczy zdarzają się w technice. Dlatego konstruktorzy zamiast badać związki przyczynowo skutkowe i panować nad nimi zgodnie z teorią po prostu to ignorują obserwując jedynie efekt końcowy i starając się nad nim panować trochę na zasadzie "leczenia objawowego" W naszym przypadku patrzymy co widzi mikrofon pomiarowy i reagujemy na zaobserwowane mankamenty...

Praktyczna realizacja

Skoro już wiemy co i jak podłaczyć dla uzyskania najprostszej zwrotnicy dwudrożnej to wiemy, że jej praktyczna realizacja to włączenie w szereg z głośnikiem cewki o określonej indukcyjności (mierzonej w mH czyli milihenrach i kondensatora o pojemności mierzonej w uF czyli mikrofafadach.

W tym miejscu można otworzyć sążnistą dyskusję składającą sie z odpowiedzi na dwa pytania

• Jakie kondensatory ?

• Jakie cewki ?

Kondensatory

Co do kondensatorów to ja osobiście nie mam żadnych wątpliwości używamy "żółtków" W czasach kiedy intensywnie budowałem kolumny słowo to miału zupełnie inne znaczenie niż dziś :) Chodziło o kondensatory produkowane przez krajowy MIFLEX

Dopóki te kondensatory są dostępne jako NOS to nie mam z tym problemu...

Krótkie uzasadnienie kondensatory bipolarne są w technicznych realiach wieczne. Można skorzystać z żółtków na 160 V, ale praktyka podpowiada. że używa się takich jakie są dostępne więc nierzadko na napięcia dużo wyższe.

Kondensatory elektrolityczne mają same wady, a podstawową jest to że nie bardzo się nadają do zmiennych napięć. Ponieważ jednak przy dużych pojemnościach są stosunkowo tanie to wykorzystano proste prawo, że jak się dwa elektrolity połączy w szereg to każdy z nich umownie "robi za okładkę" kondensatora bipolarnego. Wtedy pojemność spada o połowę ale napięcie zmienne takiej "baterii" nie przeszkadza. Jak się taki układ wpakuje we wspólną najlepiej srebrną obudowę i na niej napisze elctrolitic bipolar to można wywołać wrażenie daleko idącego profesjonalizmu.

Nie wiadomo jedynie, czy wskutek tego zabiegu elektrolity przestają wysychać i tracić parametry z czasem... No, ale nie bądźmy zbyt dociekliwi :)

Cewki

Przy okazji cewek mamy do czynienia z kompromisem.

Czy cewka ma być bez rdzenia ?

Pamiętamy zależy nam na jak najmniejszej oporności takiej cewki więc rozsądne minimum to byłby drut rzędu 1mm średnicy. Oczywiście audiotygrysy od różnic powiedzą więcej i więcej, no bo przecież "jest różnica"... No i taka cewka przy niższym podziale może ważyć pojedyńcze kilkogramy... Większa oporność cewki teoretycznie psuje damping factor i czyni dyskusyjnym stosowanie przewodów głośnikowych grubości liny kotwicznej statku Titanic... Racjonalne zatem byłoby zrobienie cewki na rdzeniu co zwiększy jej indukcyjność wymagając mniej "amperozwojów" czyli zmniejszy oporność. No, ale cewka na rdzeniu ma histerezę, która też nominalnie staje w poprzek zdolności odtwarzania impulsów...

czyli : tak źle , tak niedobrze no a między źle a niedobrze jest różnica :)

Mnie w dawnych latach przyszło do głowy takie rozwiązanie: W sklepach z "bublami" można było kupić transformatory wysokiego napięcia do lampowych telewizorów

taki transformator wyglądał w/g wikipedii tak :

Cena była umiarkowana rzędu za wiadro takich złomowych transformatorów trzeba bylo zapłacić równowartość flaszki wódki.

Większość z tego ustrojstwa można było wyrzucić do śmietnika pozostawiając jedynie rdzenie ferrytowe w kształcie litery C

Jak się takie dwa rdzenie ustawiło plecami do siebie i owinęło izolacją powstawała płaska szpulka niecierpliwie oczekująca na drut.

Oczywiście w wersji "wypas" można było z boku dostawić jeszcze dwa rdzenie i powstawał w ten sposób szpulka przestrzenna.

Dodatkowo takie cewki na ferrytowych szpulkach były bardzo łatwe w mocowaniu.

Komiczny był też finał historii tego odkrycia, mianowicie jeden z producentów gotowych zwrotnic opatentował to rozwiązanie :)

Reasumując: nie mam i nie miałem oporu w stosowaniu takich cewek. Jedyny opór to niechęć łowców różnic do wysłuchania w blindfold teście czy cewka jest na rdzeniu czy nie...

Zwrotnice pasywne posumowanie

Z powyższych rozważań wynika, że zastosowanie zwrotnic (filtrów) w zestawach głośnikowych (kolumnach) jest złem koniecznym. Ta konieczność została powyżej udokumentowana w sporym uproszczeniu i prostych słowach.

Obiektywnie na rzecz patrząc powtórzmy:

Wyrafinowany starannie wypracowany sygnał elektryczny płynący ze wzmacniacza pakujemy w elementy bierne, które ten sygnał rozdzielają zarządzając kolumną. Powodują przy okazji efekty fazowe i inne pułapki nad którymi nie do końca panujemy...

Czy można jakoś temu zaradzić ?

Można.

Trzeba jedynie uformować odpowiednio sygnał przed wzmacniaczem mocy. Wtedy wzmacniacz łączy się bezpośrednio z głośnikiem bez wszystkich tych opisanych wyżej ceregieli. Można też w prosty sposób zrealizować podział 24 dB/oct czyli zniwelować przesunięcia fazowe (wynikające ze zwrotnicy o innym nachyleniu). To zagwarantuje nam zastosowanie zwrotnicy aktywnej, o czy w dalszej części tego tekstu

Zwrotnica Aktywna

Zwrotnice aktywne są stosowane w profesjonalnych nagłośnieniach. I tu właściwie nikt nawet nie próbuje stosować innych rozwiązań. Osiąganie dużych głośności przy wykorzystywaniu dużych mocy elektrycznych i tak wymaga stosowania wielu wzmacniaczy... Możliwości dostosowania skuteczności poszczególnych torów zależnie od wymogów sali (czy braku sali) ułatwia indywidualne strerowani wzmacniaczami. Systemy stają się uniwersalne i elastyczne.

Dlaczego zatem nie robi się tego w domu ?

Na pewno system aktywny system jest droższy, bo wymaga w systemie 3 drożnym 3ch końcówek stereofonicznych, a nie jednej. Na wzmacniaczy zintegrowanym z definicji w ogóle "nie pójdzie" Na pewno system jest bardziej skomplikowany, co ułatwia eksperymenty na nieco wyższym poziomie, ale może przerastać zwykłego użytkownika. Taki system jest wbrew pozorom bardziej "zamknięty", bo nie zamienimy szybko klocka "a" na klocek "b" aby sprawdzić czy jest różnica.

Mamy za to niewątpliwe zalety:

Łatwiejsze konfigurowanie kolumn głośnikowych na etapie projektowania, bo mamy dostęp np do częstotliwości podziału pokrętłem, a nie musimy grzebać w zwrotnicy pasywnej. Przestaje być problemem różnica w skuteczności głośników, bo ją też możemy kompensować pokrętłem na bieżąco. Jeżeli zdarzy się, że przeciążymy tor audio, co najczęściej zdarza się dla głośnika niskotonowego nie wpłynie to na pozostałe tory innych głośników.

Электроника K04

W moim przypadku zetknięcie ze zwrotnicą odbyło się przypadkowo.

W latach 90 tych zakolegowaliśmy się z kolesiami z Litwy, którzy będąc zaangażowani w jakąś działalność artystyczną przyjeżdżali do Polski na występy.

Tak się niestety składało pechowo, że wracając do Ojczyzny zapominali o sprzęcie, który się jakoś w bratnim kraju rozpływał..

Pozyskiwaliśmy od nich głównie końcówki mocy marki PRIBOJ, których brzmienie polubiliśmy, ale zdarzyło się, że na zasadzie eksperymentu kupowaliśmy też inne klocki min aktywne zwrotnice marki Jelektornika K04

Do eksperymentów w sam raz, a ponadto może nie były to tak złe sprzęty skoro na polskim rynku występują do dziś.

Obecnie można je kupić wedle mojego rozeznania bez większego problemu w cenie 200 - 400 zet, co nie jest ceną rujnującą.

Na takiej zwrotnicy i na 3-ch wzmacniaczach Priboj rozpoznałem kiedyś bojem zagadnienie domowego systemu aktywnego.

Pełna perwersja, bo nie dość, że aktywny, to jeszcze lampowy !!!

Jak widać mamy dwa oddzielne "panele" dla kanałów lewego i prawego z regulacją na froncie i gniazdami z tyłu.

Oczywiście gniazda DIN stanowią coś na co dzisiejsi użytkownicy reagują alergicznie.

Jak widać w epoce były zamieniane na gniazdu "duży jack" co ułatwiało ich pracę na estradzie.

Wnętrze Jelektroniki pokazuje że wykorzystane układy scalone maja już typowy "krój" (bo jak wiadomo z wyrobami CCCP bywało różnie a układ końcówek spełniał to samo zadanie co szerokość torów na którą zdecydował się car Piotr I )

Powyższy schemat to aktywna 3-drożna zwrotnica audio „Elektronika K-04”.

Na tym schemacie zastosowano aktywne filtry audio, zrealizowane na wzmacniaczach operacyjnych.

To klasyczna zwrotnica aktywna (crossover).

Konkretnie widać tu:

1.Filtry dolnoprzepustowe (LPF)

– dla toru niskich częstotliwości (bas).

Przepuszczają niskie pasmo, tłumią średnie i wysokie.

2.Filtry górnoprzepustowe (HPF)

– dla toru wysokich częstotliwości (soprany).

Odcinają niskie pasmo.

3.Filtry pasmowoprzepustowe (BPF)

– dla toru średnich częstotliwości.

Zbudowane jako kaskada HPF + LPF.

Charakterystyka filtrów

• Regulowane częstotliwości podziału (potencjometry opisane jako „ЧАСТОТА”)
• Najczęściej 2. rząd (12 dB/okt.), a miejscami kaskadowane do 4. rzędu (24 dB/okt.)

Reasumując

1️⃣ TOR NISKOTONOWY (LOW)

Struktura

• Dwa stopnie dolnoprzepustowe 2. rzędu
• Kaskadowane → 4. rząd (24 dB/okt.)
• Topologia: Multiple Feedback (MFB)

Elementy kluczowe

• Kondensatory: C17, C19 ≈ 0,012 µF
• Rezystory: rzędu 15 kΩ – 22 kΩ
• Potencjometr: R42.1 / R42.2 – „ЧАСТОТА”

Częstotliwość podziału

Regulowana, typowo:

• ≈ 40 Hz – 400 Hz
• Środek zakresu: ~150–200 Hz

Charakterystyka:

LOW-PASS, 24 dB/okt. (Linkwitz-Riley-like)

2️⃣ TOR ŚREDNIOTONOWY (MID)

Struktura

Składa się z:

• Filtru górnoprzepustowego 2. rzędu
• Filtru dolnoprzepustowego 2. rzędu
• Razem: pasmowoprzepustowy 4. rzędu

Dolna granica pasma (HPF MID)

• Kondensatory: ~0,012 µF
• Regulacja tym samym potencjometrem co LOW
• Częstotliwość: ≈ 40–400 Hz

Górna granica pasma (LPF MID)

• Kondensatory: C13, C14 ≈ 1500 pF
• Potencjometr: R40.1 / R40.2
• Częstotliwość: ≈ 2 kHz – 6 kHz

Charakterystyka:

BAND-PASS, 12 dB/okt. na zbocze (łącznie 24 dB/okt.)

3️⃣ TOR WYSOKOTONOWY (HIGH)

Struktura

• Dwa stopnie górnoprzepustowe 2. rzędu
• Kaskada → 4. rząd (24 dB/okt.)

Elementy

• Kondensatory: ~1500 pF
• Rezystory: ~15 kΩ
• Ta sama regulacja częstotliwości co LPF MID

Częstotliwość odcięcia

• ≈ 2 kHz – 6 kHz
• Najczęściej: 3,5–4,5 kHz

Charakterystyka:

HIGH-PASS, 24 dB/okt.

Ważna uwaga praktyczna

Układ jest zaprojektowany tak, że:

• LOW + MID + HIGH sumują się płasko
• Charakterystyka bliska Linkwitz-Riley 4 rzędu

• Idealna do:

• zestawów estradowych
• aktywnych kolumn
• sub + mid + horn

Wg Wikipedii filtry w architekturze Linkwitz-Riley mają taką zaletę, że sumują się do płaskiej charakterystyki.

Mają też dogodne przesunięcie fazowe 360 stopni czyli faza nie wariuje. Z tego powodu są częstym wyborem do crossoverów.

Analiza przesunięć fazy i opóźnień otwiera ciekawy wątek, mianowicie każdy filtr przesuwając fazę opóźnia sygnał, tym bardziej im więcej dB/okt.

Przesunięcie o 360 (dla 24 dB/okt) to opóźnienie o 1 okres fali.

Ciekawostka, że filtry o mniejszej stromości tak jak te pasywne w kolumnach dają mniejsze opóźnienie.

Za to układ RLC jako obciążenie wzmacniacza robi swój własny bałagan, wiadomo.

Mam swoją prywatną teorię: stereo może i osiąga niezłe rezultaty dźwiękowe i świetną relację cena/jakość, ale to zawsze będzie kompromis.

Instrukcja Użytkownika Электроника K04

Aktywna zwrotnica podsumowanie

Uzupełnienia do zwrotnic

Poprosiłem eksperta o krótką recenzję tego urządzenia

Zasilacz

Zasilacz jak na tamte czasy bardzo przyzwoity, z diodą Zenera i kondensatorem w bazie tranzystora regulacyjnego, symetryczny, standardowe +-15V. Wtedy (i w tych krajach) to był raczej top, dziś można lepiej przez zastosowanie stabilizatora np. LM317/LM337 (, które wtedy już istniały, ale nie były używane w demoludach z przyczyn ogólnie znanych) i to jest pierwszy upgrade ewentualnie wart rozważenia.

Układ

Schemat układu raczej spoko, opisany wyżej

Filtry

Opisane wyżej

Wejście z pełną elektroniczną symetrią, z buforem wejściowym na wzmacniaczu operacyjnym. Dobrze. Sygnalizator przesterowania wejścia obecny, prosty, ale raczej nie ma się czego czepić. Wszystkie wzmacniacze operacyjne mają wpięty kondensator korekcyjny 15 pF, czyli nie zostało to olane, przynajmniej wg schematu. Bufory wyjściowe na wzmacniaczach operacyjnych też z pełną elektroniczną symetrią.

Wnioski

Czyli jest to przyzwoite urządzenie, na pierwszy rzut oka podobnej klasy jak konstrukcje zachodnie klasy pro z okresu analogicznego oraz wcześniejszego. Proste, ale nie w złym sensie, po prostu dokładnie to co ma być żeby osiągnąć cel. Jeśli zasilacz zostaje jak jest to oczywiście w pierwszym kroku warto zmierzyć, jakie faktycznie daje napięcia. Potem prawdopodobnie głównym ruchem jaki tu można zrobić byłaby wymiana Wzmacniaczy operacyjnych K157UD2 na współczesne, bo tu się spory postęp dokonał i nowe wzmacniacze miewają lepsze parametry (szumy, pasmo, zniekształcenia itp). Rzecz jasna warto się przyjrzeć także innym elementom (głównie sprawdzić elektrolity - choć nie ma ich wiele, i bardzo dobrze, chyba tylko we/wy i zasilacz) i ogólnie zrobić przegląd typu jakość lutów, styków, przełączników, potencjometrów. Dla pełni szczęścia jeszcze zmienić elektrolity we/wy na coś foliowego.

Po wykonaniu w/w śmiało podpinałbym to do pomiarów, żeby zobaczyć jakie robi charakterystyki :) A potem można zaczynać przygodę w układzie z dwoma lub trzema wzmacjniaczami.

Jedna uwaga, że to raczej urządzenie klasy produkcyjnej, do współpracy z przewidywalnym zestawem PA. Do eksperymentów fajnie byłoby mieć więcej regulacji typu faza, stromość charakterystyk itp. no, ale to nie jest studyjny procesor efektowy ani przyrząd laboratoryjny, tylko klocek na scenę, gdzie ma być prosto i efektywnie. I wygląda, że w tych ramach zapewnia co trzeba.

Nota aplikacyjna wzmacniaczy operacyjnych K157UD2:

link zewnętrzny https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/download/1132042/ETC1/K157UD2.html

Pasmo tych wzmacniaczy operacyjnych podają 1 MHz, wobec dzisiejszych to bardzo mało. Dodatkowo przycięte kondensatorami korekcyjnymi praktycznie na granicy pasma akustycznego. Dla funkcji PA to bezpieczne, dla przysłowiowego "haj end" można by poszerzyć.

Warto zauważyć iż schemat choć nieco rozmyty to nie ma co narzekać, bo w ogóle daje się odczytać napisy i nie wygląda jak siódme ksero na papierze odwiniętym ze śledzi.

Co jest problemem wielu dziś dostępnych schematów sprzętów z tego czasu i przestrzeni. O ile w ogóle jakieś są dostępne.

No i w końcu przydaje się czytanie cyrylicy.

Pasive vs Active wnioski

Pokuśmy się o próbę zebrania wniosków w jednym miejscu:

Zwrotnica pasywna to:

Prostota i łatwość budowy, ale warto jednak zweryfikować co ostatecznie daje chociażby proste przepuszczenie sygnału z generatora. Jeśli mamy jakiś przyrząd np analizator widma który posłucha kolumny za nas to warto z niego skorzystać.

Warto racjonalnie przyjrzeć się stosowanym elementom i ufać raczej fizyce niż reklamie czy opiniom myśliwych (tych co polują na różnice)

Nie bać się eksperymentować dotąd aż osiągniemy dźwięk jaki nam się marzył w końcu robimy to dla siebie.

Kolumny "pasywne" łatwo się zamienia podłącza gdzie indziej etc z kolumnami aktywnymi tak łatwo nie ma...

Zwrotnica aktywna to:

W wydaniu z wyprowadzonymi regulacjami pozwala na:

• łatwość wyrównania skuteczności głośników
• natychmiastową zmianę częstotliwości podziału.
• szybka podmianę głośnika i generalnie eksperymenty z doborem głośników.

Zwrotnica aktywna daje szanse na wyeliminowanie dywagacji nt. przewodów głośnikowych, bo można z nich zrezygnować lub skrócić je ekstremalnie.

Niestety zwrotnica aktywna zamyka możliwość, aby nasza kolumna zagrała "u sąsiada", bo mimo upływu lat rozwiązania aktywne nadal są egzotyczne.

Pozorną wadą jest : Podniesienie kosztów przez konieczność zastosowanie wielu wzmacniaczy, ale za to daje możliwość ich racjonalnego wyboru i specjalizacji. np silny "łupacz" tranzystorowy o damping factor 200 na nisko-tonowy i dwie lampówki na środek i górę pasma... może nawet ta na górę mogłaby być beztransformatorowa, kto wie ?

W przypadku korzystania z kolumn "fabrycznych" trzeba wyprowadzić przewody od głośników. Czyni to kolumnę "grzebaną" a więc audiofilsko bezużyteczną :)

Moim zdaniem warto raz spróbować takiego rozwiązania, aby wyrobić sobie zdanie jak w domu sprawdza się to, co jest powszechne na estradzie...

Tekst: Maciej Tułodziecki i Michał Silski

Obrazki, skany i zdjęcia: Maciej Tułodziecki