Sloupová reprosoustava, TESLA ARO 835, ARO 6604, ARE 367

Technická data:

• Popis ozvučnice: Bassreflexová ozvučnice
• Použité reproduktory: ARO 835, ARO 6604, ARE 367
• Vnitřní objem: 95 l
• Rozměry (VxŠxH): 708x420x400 mm
• Rezonanční frekvence bassreflexu: 250 Hz
• Rozměr bassreflexu: 366x70 mm
• Orientační cena: 4 724 Sk/pár
• Autor: Martinekk

Parametry reproduktoru ARO 835:

• Kmitočtový rozsah: 30-4 000 Hz
• Rezonanční kmitočet Fr: 30 Hz
• Citlivost: 96 dB
• Jmenovitý příkon P: 10 W
• Aktivní průměr membrány D: 340 mm
• Celkový činitel Qc: 0.95

Parametry reproduktoru ARO 6604:

• Kmitočtový rozsah: 60-10 000 Hz
• Rezonanční kmitočet Fr: 60-90 Hz
• Citlivost: 95 dB
• Jmenovitý příkon P: 8 W
• Aktivní průměr membrány D: 200 mm

Parametry reproduktoru ARE 367:

• Kmitočtový rozsah: 160-15 000 Hz
• Rezonanční kmitočet Fr: 160-270 Hz
• Citlivost: 88 Hz
• Jmenovitý příkon P: 1.5
• Aktivní průměr membrány D: 125x80 mm

Výber reproduktorov:

Výber reproduktorov je určite jedným z najdôležitejších rozhodnutí pred samotnou stavbou reproduktorovej sústavy. Najdôležitejšou voľbou bolo určiť, na koľko pásiem chcem počuteľné pásmo rozdeliť. Mal som na začiatku k dispozícii iba hlbokotónové reproduktory TESLA ARO835. Majú čisto papierovú membránu a liatinový odliatok koša. Vyrobené boli v osemdesiatych rokoch minulého storočia, ale sú nepoužívané, vo výbornom mechanickom stave. Vzhľadom na ich kmitočtový rozsah ale hlavne vynikajúci parameter citlivosti ostávalo pre voľbu, či zvyšok pásma prenášať len jedným reproduktorom – teda voľba dvojpásmovej sústavy, - alebo rozdeliť prenos pásma stredných a vyšších frekvencií medzi dva reproduktory, a teda sústava by bola trojpásmová.

Na trhu je dnes dostatok druhov a prevedení rozličných výrobcov, rôznych tvarov ale i rôznej kvality reproduktorov. Nové reproduktory s gumovým okrajom som zavrhol z dôvodu malej citlivosti, aj keď ostatné parametre (hlavne ekvivalentný objem a rezonančná frekvencia) sú lepšie. K nevýhodám novších reproduktorov s gumovým okrajom patrí aj nízka časová stálosť použitého materiálu okrajov. Opravoval som viacero sústav so zvetranou, rozpadnutou gumou okraja membrány a videl som tridsaťročné papierové membrány vo vynikajúcom stave.

Zvolil som koncepciu trojpásmovej sústavy, podľa parametrov som vybral stredotónové reproduktory typu ARO6604 a vysokotónové reproduktory ARE367. Oba zvolené typy majú tiež papierový okraj, a hoci sú na trhu už dávnejšie, majú dobré parametre, potvrdené meraním na profesionálnych sústavách

Prehľad hlavných parametrov použitých reproduktorov:

Reproduktor pre vysokotónovú oblasť má deklarovanú citlivosť iba 88 dB, ale podľa môjho názoru bude pre vysoké frekvencie dosiahnutá dostatočne vysoká hodnota vzhľadom na použitie výhybky v sústave

Návrh výhybky:

Výhybka v reprosústave je určená na rozdelenie frekvenčného pásma do príslušných reproduktorov. Výhybky poznáme aktívne a pasívne.
Aktívne výhybky delia kmitočty ešte pred zosilnením výkonovým zosilňovačom. Sú vyhotovené v prevedení pásmová priepusť a na ňu pripojený koncový stupeň. Používa sa u P. A. systémov a systémov domácich kín.
Pasívne výhybky sú zapojené z kondenzátorov a tlmiviek a bývajú umiestnené priamo pred reproduktormi. Kondenzátor prepustí vysoké kmitočty a nízke zadrží. Tlmivka prepustí nízke kmitočty a vysoké nie.Pasívne výhybky prenášajú pomerne veľké výkony koncových stupňov zosilňovačov, a tak musia byť konštruované vzhľadom na minimalizovanie strát použitím hrubých vodičov vo vinutí tlmiviek a nízkostratových bipolárnych kondenzátorov.
U výhybiek definujeme tieto parametre: počet pásiem, deliace kmitočty, strmosť, impedancia, maximálny prenesený výkon, podľa zapojenia (biwiring, biampling alebo klasicky).
Vhodné zapojenie výhybky som našiel v Amatérskom rádiu B/5 ,1988. Deliace kmitočty navrhuté na 600 a 3000Hz tiež vyhovovali. Na navinutie tlmiviek je treba cca 1.2 kg medeného lakovaného drôtu, ktorý by som kúpil spolu s kondenzátormi za cenu továrensky vyrobených výhybiek a preto som od vyrábania výhybiek upustil. Bolo treba zvoliť istý kompromis, lebo v obchode nemali výhybky s vhodnými delacimi kmitočtami, len 400 a 4000Hz. Kúpil som výhybky firmy BS ACOUSTIC CN02-3-12/4. strmosť u týchto výhybiek je 12dB na oktávu, deliace kmitočty 400 a 4000 Hz.

Návrh mechanického usporiadania:

Pri návrhu mechanického usporiadania reproduktorovej sústavy som podľa teoretických poznatkov z odbornej literatúry rešpektoval vlastnosti reproduktorov a volil som usporiadanie na dosiahnutie čo najvyrovnanejšej frekvenčnej charakteristiky.

Priamovyžarujúci hlbokotónový a stredotónový reproduktor pracuje v najširšom kmitočtovom rozsahu len vtedy, keď je konštrukčne spojený s ozvučnicou. Membrána kmitá piestovo, vytvára akustický tlak na oboch stranách membrány, ale s rozdielnou fázou. Pre nižšie kmitočty, kedy vlnové dĺžky zvukového signálu sú väčšie než priemer membrány, vyrovnávajú sa akustické tlaky pred a za membránou (akustický skrat).Tento akustický skrat obmedzuje vyžarovanie signálov v oblasti nízkych kmitočtov. Vhodne vyriešenou ozvučnicou sa dá obmedziť na minimum.

Keďže máme doma jeden pár starších jednopásmových reprosústav s bassreflexovým kanálom, ktoré majú veľmi príjemný celkový zvuk, rozhodol som sa pre využitie basreflexového princípu aj pre nový návrh. Bassreflex bude použitý iba za hlbokotónovým reproduktorom, stredotónový a vysokotónový reproduktor bude stačiť uzavrieť do samostatných ozvučníc.

Princíp basreflexu tvorí mechanická konštrukcia zvukovodu prepájajúceho prednú a zadnú stranu membrány reproduktora tak, aby tzv. akustický skrat bol obmedzený dĺžkou zvukovodu na čo najmenšiu mieru, ale pritom prierez zvukovodu umožňoval tlakové zmeny bez tlmenia kmitania membrány. Pritom tvarom zvukovodu a počtom ohybov sa dá „naladiť“ zvukovod na vlastnú rezonančnú frekvenciu podporujúcu prenos nízkych tónov a zosúladiť fázu vystupujúceho vlnenia tak, aby kmity reproduktora a vzduchového stĺpca boli vo fáze. Zvukové vlny vychádzajúce z otvoru zvukovodu prekonávajú na ceste k uchu poslucháča o niečo dlhšiu dráhu, čo pri rýchlosti šírenia zvuku vo vzduchu dáva výslednému zvuku veľmi príjemné podfarbenie harmonickými kmitočtami a naopak, zvukovod pri dobrom prevedení tlmí nežiadúce rezonančné kmitočty reproduktorov a mechanických dielov.

Kanál basreflexu mechanicky vystužuje konštrukciu reproduktorovej skrinky proti kmitaniu a priehybom.

Vďaka tomuto majú reprosústavy s basreflexom mäkší zvuk s vynikajúcou reprodukciou hĺbok bez tvrdého dunenia, podobný zvuku prístrojov s elektrónkovými zosilňovačmi.

Návrh technologického postupu výroby reproduktorovej sústavy:

Už mechanický konštručný návrh usporiadania jednotlivých dielov, z ktorých budem zostavovať reproduktorovú sústavu musí rešpektovať vyrobiteľnosť všetkých dielov jednoduchú montáž a dobrú možnosť prístupu k všetkým súčiastkám pri inštalácii elektrického vybavenia.

1. Najprv treba narezať všetky dosky na potrebné rozmery.
2. Vyrezať otvory pre reproduktory. Otvory budeme robiť elektrickou priamočiarou pílou.
3. Priskrutkujeme hlbokotónavý reproduktor z vnútornej strany prednej dosky.
4. K prednej stene pripevníme prepážku a obe dosky budúcich uzatvorených ozvučníc a tiež časť bassreflexového kanála, vrchnú podstavu a zadnú stenu.
5. Nezabudneme priviesť zo zadnej strany prívodný kábel cez pripravené otvory a priechodky.
6. Prilepíme tlmiaci molitan do priestoru za basovým reproduktorom.
7. K zadnej stene pripevníme dno a takýto celok potom priskrutkujeme a prikolíkujeme k bočným stenám.
8. Necháme uschnúť lepidlo a môžeme osadiť výhybku, utlmiť molitanom priestor za stredotónovým a vysokotónovým reproduktorom.
9. Zapojíme domontujeme stredo- a vysokotónový reproduktor.
10. Reprosústavu vyskúšame, či niečo vo vnútri náhodou nie je zle upevnené a tým nevydáva nežiadúce pazvuky. Ak nie, môžeme začať s obaľovaním do koberca.
11. Oblepíme všetky vonkajšie steny vrátane prednej a ukončenia bassreflexového kanálu. Koberec je treba veľmi dobre pritlačiť, aby bezproblémovo držal. Lepíme lepidlom Chemoprén.Všetky hrany zarežeme, začistíme.
12. Montujeme plastové ochranné rohy. Pod predné rohy prichytíme ochrannú mriežku. priskrutkujeme oceľové rúčky, ale tak, aby sa pri zdvihnutí reprosústavy neprevažovali a pohodlne niesli.

Meranie vstupnej impedancie:

Meranie vstupnej impedancie sa dalo vykonať iba v statickom stave ako jednoduché meranie vstupného statického odporu. Pri meraní bol použitý digitálny multimeter typu RTO 3800G na rozsahu do 200 ohm, ako ukazuje obrázok. Nameraná hodnota 4,7 ohm sa pre dva súčasne stavané reproduktorové sústavy nelíšila.

Meranie frekvenčnej charakteristiky:

Frekvenčná charakteristika je závislosť nameraného akustického tlaku v dBA na frekvencii pri konštantnom zosilnení vstupného signálu. Na merané úrovne sa dajú vyniesť do logaritmickej siete a prepojiť krivkou , z ktorej sa dá vyčítať menovitá citlivosť sústavy pri danej frekvencii. Z generátora sínusovej frekvencie budíme výkonový zosilňovač. Na jeho výstup je pripojená meraná reprosústava. Meriame vo vzdialenosti 1 meter pred reprosústavou. Príkone do reprosústavy ostáva konštantný počas merania na úrovni 1 W. Na meranie som použil: RC generátor TESLA BM365, zosilňovač s IO TDA2030 bez akýchkoľvek korekčných predzosilňovačov, univerzálny analógový merač úrovne zvuku typu BEHA UNITEST. Postup merania: Merať začínam pri 25 Hz a po malých krokoch postupujem až k 20 kHz. Nameraný akustický tlak si zapisujem. Potom nakreslím graf s rastrom, ktorý je na osi x logaritmický. Na osi y vynášam nameraný akustický tlak. Jednotlivé body pospájam a vznikne krivka frekvenčnej charakteristiky:

Vyžarovacia charakteristika reprosústavy:

K niektorým výrobkom výrobcovia prikladajú aj vyžarovaciu charaktaristiku sústavy, aby presvedčili zákazníka o dokonalosti výrobku, nech už je umiestnený kdekoľvek. Vyžarovacia chrakteristika reproduktorovej sústavy charakterizuje rozloženie hodnoty akustického tlaku meraného v dBA v okolí reproduktorovej sústavy. Meria sa podobne ako predchádzajúca charaktaristika vo vzdialenosti 1m od stredu reproduktorovej sústavy , ale spravidla pri jednej frekvencii, a to 1 kHz. Mikrofón meracieho prístroja sa polohuje po obvode kruhu okolo sústavy a namerané hodnoty sa vynesú do polárneho diagramu.
Na meranie takejto charakteristiky sú už nutné oveľa prísnejšie podmienky v špeciálnej takzvanej bezdozvukovej miestnosti, aby sa vylúčil vplyv odrazov na namerané hodnoty. Takouto miestnosťou disponuje iba málo špecializovaných pracovísk , napr. v skúšobných ústavoch a bolo by dostupné iba pomocou oficiálnej spolupráce napríklad s laboratóriami katedry niektorej vysokej školy. V mojom prípade ma smerovosť sústavy nezaujímala, pretože sústava je už mechanicky navrhovaná ako nesymetrická a pre zamýšľané použitie v domácnosti nie je smerovosť dôležitá.

Ekonomika stavby reproduktorovej sústavy:

Na stavbu reproduktorovej sústavy som použil časť materiálu, ktorý som kupovať nemusel, lebo pochádzal z bežne dostupných zdrojov - napr. drevotrieskové dosky (DTD) zo skríň s laminovaným povrchom.
Časť som musel jednoducho kúpiť. Tak som za nakupovaný materiál zaplatil spolu 4 724.- Sk. V tejto hodnote sú zahrnuté:
Koberec 4m x 275.-Sk
Plastový ochranný roh 16ks x 34.-Sk
Sklopná rukoväť 4ks x 180.-Sk
Lepidlo chemoprén 1,5l = 360.-Sk
Ochranná mriežka 2ks x 200.-Sk
Výhybky 2ks x 750.-Sk
Skrutky, kolíky a spojovací materiál = cca 300.-Sk
Prvotný návrh pokrytia povrchu reprosústav rátal s dyhou v prírodnej farbe dreva alebo koženkou. Dýhovanie je náročné na čas, preto som ho odmietol. Keďže koženka sa ľahko poškodí pri prenášaní a naviac je pomerne drahá, tiež som si to rozmyslel. Prezrel som si niekoľko párov profesionálnych reprosústav mojej veľkosti a inšpiroval sa nimi. Povrch majú potiahnutý čiernym kobercom, ktorý má naviac dobrý činiteľ pohlcovania hluku. Samozrejmosť sú ochranné rohy a rúčky na uľahčenie prenášania, pretože hmotnosť jednes sústavy je približne 32 kg.

Záver:

Myslím si, že návrhom a praktickou realizáciou reproduktorovej sústavy som si teoreticky aj prakticky overil vedomosti z oblasti elektroakustiky, a výsledok splnil moje očakávania.
reprosústava má naozaj príjemný zvuk, ako vidieť z priebehu frekvenčnej charakteristiky aj výborne prenáša nízke frekvancie, rezonančný vliv basreflexu v okolí vypočítanej hodnoty asi 250 Hz výborne vyrovnáva charakteristiku v tejto oblasti.
V rozsahu stredných kmitočtov je priebeh pomerne zvlnený, podobný zvlneniu pre jednopásmový basreflex. Myslím, že je spôsobený malým objemom komory pre reproduktor a pravdepodobne aj poddajnosťou konštrukcie skrinky vďaka použitému materiálu drevotrieskovej laminovanej dosky.

Související články

---