Τρίδρομο Coaxial+8inch woofer

[PeterMeni]

Ο φίλος μου ο Κώστας εδώ και πολλά χρόνια έχει καψούρα με το Tad Compact Reference.
Ένα μεγάλο ηχείο βάσης που φέρει μια ομοαξονική μονάδα 6,5 ιντσών και woofer 8 ιντσών, σε σχεδίαση <<συντονισμένου σωλήνα>>.
Μου ανέθεσε λοιπόν την σχεδίαση ενός ηχείου που να μοιάζει με το παραπάνω όσο το δυνατόν περισσότερο. Εννοείται με κόστος πολύ χαμηλότερο, αλλά όσο το δυνατόν κοντά σε επιδόσεις αλλά και εμφάνιση.
Παρακάτω θα παρουσιάσω την προσπάθεια για επίτευξη της επιθυμίας του.

Η βάση της κατασκευής, που είναι το coaxial μεγάφωνο, επιλέχθηκε μετά από πολύ ψάξιμο σε ότι σχετικό ομοκεντρικό υπάρχει στην αγορά. Η αναζήτηση στην συνέχεια επεκτάθηκε και για woofer οχτώ ιντσών, ώστε να λειτουργεί ικανοποιητικά στην συγκεκριμένη καμπίνα. Αμφότερα βέβαια έπρεπε να μην ξεφεύγουν σε κόστος.
Για τύπο φόρτισης επέλεξα <<παθητικό ακτινοβολητή>> και συγκεκριμένα μια μονάδα 10 ιντσών τοποθετημένη στον πάτο της καμπίνας.
Ιδού η <<πρώτη ύλη>> της κατασκευής:

Η coaxial μονάδα είναι 5 ιντσών, της SB Acoustics. Συγκεκριμένα είναι η SB13PFCR25-4. Της ίδιας εταιρίας είναι και το woofer των 8 ιντσών, το SB23NRXS45. Ο παθητικός ακτινοβολητής προέρχεται από την Dayton και είναι 10 ιντσών με μεταλλικό κώνο.

 

[PeterMeni]

Οι καμπίνες είναι κατασκευασμένες από κόντρα πλακέ θαλάσσης δύο εκατοστών, ενώ η πρόσοψη φέρει επιπλέον σημύδα δυόμιση εκατοστών. Δηλαδή έχει συνολικό πάχος 4,5 εκατοστά στο εξωτερικό της.
Είναι δεμένες με πολλαπλές εσωτερικές νευρώσεις. Για το coaxial υπάρχει βέβαια ξεχωριστή καμπινούλα, επίσης από σημύδα.
Εδώ την βλέπουμε όπως βγήκε από το ξυλουργείο, πριν δηλαδή το όποιο φινίρισμα:

 

[PeterMeni]

Η εικόνα του εσωτερικού της καμπίνας, μέσα από την οπή του 10ιντσου παθητικού ακτινοβολητή.
Διακρίνεται στο βάθος η ξεχωριστή καμπινούλα για το 5ιντσο.

 

[PeterMeni]

Να αναλύσω και κάποια τεχνικά θέματα, ξεκινώντας από την επιλογή του woofer των οχτώ ιντσών.
Είχα ορίσει σαν συχνότητα διαχωρισμού (crossover) μεταξύ ομοαξονικού-woofer τους 400 Hz.
Τα ζητούμενα λοιπόν που είχα θέσει για την μονάδα ήταν η λειτουργία της σε καμπίνα γύρω στα 30 λίτρα, η καλή ευαισθησία και το άνετο εύρος μέχρι τους 500 Hz. Εξυπακούεται και η λογική τιμή.
Η επιλογή μου ήταν το Sb Acoustics SB23NRXS45-4. Τα χαρακτηριστικά του οποίου βρίσκονται εδώ:
https://sbacoustics.com/product/8-sb23nrxs45-4-norex/
Ομολογώ πως η πρώτη μου έκπληξη ήρθε από την ποιότητα κατασκευή του, πάντα σε σχέση με τα 115 ευρώ του. Απλά εξαιρετικό.

Παρακάτω φαίνεται η απόκριση που δίνει η εταιρία:

Η οποία επαληθεύτηκε σχεδόν κατά γράμμα, όταν το μεγάφωνο τοποθετήθηκε στην καμπίνα του, με την χρήση ενός πρόχειρου πηνίου (1η τάξη) εμπρός του:

Η κίτρινη καμπύλη αφορά το 8ινστο, ενώ η πράσινη τον παθητικό ακτινοβολητή.
Παρατηρούμε την επίπεδη απόκριση του μεγαφώνου ακόμα και αρκετά παραπάνω από τους ζητούμενους 400 κύκλους.
Η πράσινη καμπύλη, που είναι η ισοσταθμισμένη απόκριση του παθητικού, δείχνει τον συντονισμό του στους 38 Hz και την άψογη συμπεριφορά του. Δίνει δε συνολικά μια πολύ ικανοποιητική απόκριση χαμηλά, για το είδος και τον όγκο της κατασκευής.

 

[kimon]

Πολύ ενδιαφέρουσα η παράθεση κάποιων σχεδιαστικών στόχων, καθώς και τα κριτήρια επιλογής των μεγαφώνων, που αποκαλύπτουν πολλά για τις προτεραιότητες του κάθε σχεδιαστή (ο όγκος και ο τρόπος κατασκευής της καμπίνας ήταν ορισμένα προφανώς από τον πελάτη).

 

[kimon]

Θυμήθηκα που είχα συναντήσει μετρήσεις του SB 23! Στο παρακάτω σάιτ:

www.audioexcite.com » SB Acoustics SB23NRXS45-8

στην έκδοση των 8Ω.

 

[PeterMeni]

Θυμήθηκα που είχα συναντήσει μετρήσεις του SB 23! Στο παρακάτω σάιτ:

www.audioexcite.com » SB Acoustics SB23NRXS45-8

στην έκδοση των 8Ω.

Δεν είναι ασυνήθιστο, τα τελευταία χρόνια ιδίως, να βρίσκουμε σελίδες, όπως η παραπάνω, που ανακοινώνουν δικές τους μετρήσεις των χαρακτηριστικών ενός μεγαφώνου.
Σε κάποιες από αυτές παρουσιάζονται αποκλίσεις από τις τιμές του κατασκευαστή, ακόμα και της τάξης του 40%. Όπως συμβαίνει και στην παραπάνω περίπτωση σε κάποια στοιχεία.
Αρπάζω λοιπόν την ευκαιρία να πω δυο πράγματα επάνω σε αυτό το θέμα.

Να ξεκαθαρίσω από την αρχή, πως οι ακριβέστερες μετρήσεις που μπορούμε να στηριχθούμε για μια σχεδίαση είναι αυτές του κατασκευαστή. Και γνωρίζει τι έχει φτιάξει και διαθέτει τον τρόπο και τα μέσα.
Αν για κάποιο λόγο βρούμε διαφορετικά αποτελέσματα, καλό είναι να εξαντλήσουμε το θέμα. Να προσπαθήσουμε να βρούμε τους λόγους και να επαναλάβουμε μέχρι να είμαστε κοντά.

Ας πω δυο πράγματα για το πως και το γιατί.
Για την μέτρηση των χαρακτηριστικών ενός μεγαφώνου υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι υπολογισμού.
Η προσθήκη μάζας στον κώνο της μονάδας και η διαφοροποίηση της λειτουργίας μέσα από τα λίτρα της καμπίνας.
Γίνεται μετά σύγκριση των δύο καταστάσεων από την εμπέδηση του μεγαφώνου και το πρόγραμμα υπολογίζει τις παραμέτρους. Μένει σε εμάς να μετρήσουμε αντίσταση και αυτεπαγωγή και να τα συμπληρώσουμε στο πρόγραμμα. Για να υπάρχει ακρίβεια θα πρέπει οι δύο καταστάσεις να διαφοροποιούνται κατά τουλάχιστον 30%. Για παράδειγμα δεν γίνεται σε ένα μεγάφωνο με βάρος κώνου 150 γραμμάρια (subwoofer) να προσθέσουμε μόλις 15 γραμμάρια βάρους. Θα πρέπει να πάμε στα 50 γρ. Το ίδιο ισχύει και για τα λίτρα.

Προσωπικά έχω χρησιμοποιήσει και τις δύο μεθόδους, με συχνότερη την προσθήκη βάρους.
Για τον λόγο αυτό διαθέτω μια σειρά από βαριδάκια διαφορετικής μάζας, καθώς αναλόγως το μεγάφωνο πάει και το πρόσθετο βάρος. Επίσης έχω κάποιες καμπίνες κλειστές, όπου μειώνω των όγκο με την τοποθέτηση στο εσωτερικό τους συγκεκριμένου όγκου αντικείμενα.

Ας δούμε τώρα γιατί υπάρχουν αυτές οι διαφοροποιήσεις, σε σχέση με τον κατασκευαστή.
Οι λόγοι είναι τέσσερις:

1) Το ολοκληρωμένο <<στρώσιμο>> της μονάδας. Αυτό γίνεται στο ξεκίνημα, ώστε να αποκτήσει η μονάδα
τα προβλεπόμενα μηχανικά χαρακτηριστικά X max. Μόνο μετά από αυτό πρέπει να γίνεται η διαδικασία.

2) Οι Συνθήκες κατά την μέτρηση. Εδώ θα μείνω στα του περιβάλλοντος και την ορθή τοποθέτηση.
Η θερμοκρασία πρέπει να είναι κοντά στους 21-22 βαθμούς. Σε αυτή, μέχρι δύο βαθμοί διαφορά δεν διαφοροποιούν δραματικά, αλλά όχι παραπάνω. Η τοποθέτηση τώρα πρέπει να είναι κατακόρυφη και με αρκετή ελευθερία του γύρω από την μονάδα χώρου. Χρειάζεται μια ειδική βάση στερέωσης γιαυτό.

3) Ένας βασικός παράγοντας είναι η ακρίβεια των μετρήσεων που μας ζητάει το πρόγραμμα. Χρειάζεται γιαυτό ένα ποιοτικό ωμόμετρο ακριβείας, με κλίμακα 1-20 ωμ, καθώς και μέτρηση αυτεπαγωγής. Δεν είναι φτηνά τα παραπάνω αλλά απαραίτητα αν ζητάμε αξιοπιστία.

4) Ο τρόπος υπολογισμού κάποιων δεδομένων δεν είναι ο ενδεδειγμένος ή είναι λιγότερο ακριβής να το πω διαφορετικά. Εδώ θα μείνω λίγο παραπάνω...
Βλέπουμε στην παραπάνω σελίδα για παράδειγμα, να θεωρεί συχνότητα συντονισμού Fs, ακριβώς το σημείο της κορύφωσης της καμπύλης:

Γιαυτό και αναφέρει ως Fs τα 31.95 Hz.

Η Sb Acoustics τώρα, χρησιμοποιεί τον ποιο ακριβή τρόπο. Ένα ποιο πολύπλοκο υπολογισμό με βάση τον μέσο όρο εμπέδησης μέγιστης-ελάχιστης, πριν και μετά την κορύφωση. Αυτός είναι και ο σωστός και ακριβέστερος τρόπος.
Γιαυτό και παρόλο που οι δύο καμπύλες εμπέδησης, του 4ωμου και του 8ωμου 8ιντσου, είναι ελαφρώς διαφορετικές, η συχνότητα και των δύο δίνεται στα 27 Hz από την εταιρία.

 

[PeterMeni]

Και ενώ με το woofer όλα πήγαν καλά και σύμφωνα με τα προβλεπόμενα, δεν συνέβη το ίδιο με το coaxial.
Εδώ τα πράγματα ήταν ζόρικα και οι ώρες που έφαγα στο σχεδιασμό του κυκλώματος διαχωρισμού πολλές.

Τα στοιχεία που ανακοινώνει η Sb Acoustics για το ομοκεντρικό είναι τα παρακάτω:

Η εταιρία έχει δώσει κάποιες προτάσεις για <<κύκλωμα διαχωρισμού>> εδώ:
https://sbacoustics.com/wp-content/uploads/2022/07/Crossover-for-PFC-or-PAC-Coaxial-Drivers.pdf
Προτείνει crossovers 3ης τάξης, με την συχνότητα γύρω στους 2,1-2,2 KHz. Προσωπικά δεν συμπαθώ ιδιαίτερα την <<τρίτη τάξη>> και την χρησιμοποιώ αφού εξαντλήσω οτιδήποτε άλλο για δεύτερη. Επίσης και οι συχνότητες αυτές μου δείχνουν ιδιαίτερα χαμηλές.
Για να υπάρχει ευχέρεια στην διαχείριση ισχύος και χαμηλές παραμορφώσεις από την μεριά του tweeter, θα ήθελα το <<σημείο διαχωρισμού>> να βρίσκεται πάνω από τους 2500 Hz και ιδανικά κοντά στους 3KHz.

Οι αποκρίσεις των δύο μονάδων, σύμφωνα πάντα με την εταιρία, είναι οι παρακάτω:

Διακρίνεται μια πτώση της απόκρισης του 5ιντσου λίγο πάνω από τους 2 KHz, αλλά αυτό δεν φαίνεται να δημιουργεί ιδιαίτερο θέμα στο επιθυμητό σημείο cross, που ήταν λίγο παραπάνω.

 

[PeterMeni]

Δυστυχώς τα στοιχεία της εταιρίας δεν επιβεβαιώθηκαν από τις μετρήσεις μου. Κυρίως το 5ιντσο δεν είχε την αναμενόμενη συμπεριφορά.
Οι αποκρίσεις των δύο μονάδων που μέτρησα είναι οι παρακάτω. Με πορτοκαλί καμπύλη είναι το 5ιντσο, ενώ με πράσινη το tweeter.

Παρατηρούμε πως η πτώση του midwoofer ξεκινάει νωρίτερα και στους 3 KHz είναι ήδη αρκετά κάτω.
Αυτό θα γινόταν ακόμα χειρότερο με την χρήση του crossover, με αποτέλεσμα η πτώση στην μεσαία-μεσουψηλή περιοχή να είναι έντονη, γύρω από το σημείο cross.

Μετά από αρκετές ώρες δουλειάς και δοκιμών με τον συντονισμό cross-μεγαφώνου, το αποτέλεσμα είναι το παρακάτω:

Και το σημείο cross στους 3070 Hz και η συνολική απόκριση, πορτοκαλί, εξαιρετικά ομαλή.
Η παραπάνω απόκριση είναι με όλα τα στοιχεία του κροσόβερ επάνω, γιαυτό και η πτώση πριν από το σημείο κρος μεταξύ woofer και 5ιντσου, που έχω ορίσει στους 400 κύκλους.