Audiohobby.pl

Hurricane - High Efficiency 2way

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
06-06-2010, 23:50
WSTĘP

Autor projektu nie gwarantuje satysfakcji z budowy poniższego projektu. Budowanie na własną rękę kolumn glośnikowych wymaga, przynajmniej podstawowej umiejętności obślugi narzędzi elektrycznych i wiąże się z ryzykiem odniesienia urazów, za które autor projektu nie ponosi odpowiedzialności.
Poniższy projekt jest darmowy i przeznaczony wyłącznie do użytku NIEKOMERCYJNEGO. Wszelkie prawa do projektu są własnością jego autora.


W chwili publikacji projektu nie czerpię z niego żadnych zysków. Projekt kosztował mnie dużo pracy i miałem co do niego pewne plany, jednak zostały one zawieszone. W związku z powyższym, jego publikacja była dla mnie trudną decyzją. Chciałbym jeszcze, z tego miejsca złożyc ogromne podziękowania dla Jacka (jzagaja na forum), za pomoc przy pomiarach i sfotografowaniu skończonych kolumn.


Układ 8+1 cali jest dość rzadko spotykanym rozwiązniem we współczesnym, "klasycznym" HIFI. Stwarza on pewne problemy, ze względu na duże wymagania stawiane obu przetwornikom w kwestii rozciągnięcia użytecznego pasma przetwarzania oraz potencjalnego ograniczenia charakterytyk kierunkowych. Zarówno woofer jak i tweeter powinny być zdolne do pracy w bardzo szerokim, jak na swój rozmiar zakresie.


Podstawową zaletą układu 8+1 jest jego zdolość do znacznie lepszej reprodukcji niskich rejestrów, niż w układach 7+1, a często nawet 2,5 way opartych o 7 calowe woofery. CA22RNY ma 230cm2 powierzchni drgającej, podczas gdy pojedyńczy CA18RNX ma 136cm2, dla dwóch sztuk uzyskujemy 272cm2. Oba przetworniki mają niby takie samo Xmax 6mm w jedną stronę, ale jest to tylko wartość dla skrajnego liniowego położenia cewki względem szczeliny magnetycznej. Nie mówi zbyt wiele o użytecznej wartości wychylenia, gdyż nielinowości w układzie magnetycznym oraz zawieszeniach mogą i zazwyczaj pojawiają się wcześniej. Większy przetwornik generalnie będzie bardziej linowy przy tym samym wychyleniu od mniejszego o podobnej konstrukcji, za sprawą większych zawieszeń i lepszej wentylacji.
W praktyce pojedyńczy CA22RNY powinien  wytworzyć przynajmniej podobne SPL na basie zachowując linowość pracy, co 2xCA18RNX. Dodatkową zaletą użycia pojedyńczego woofera jest mniejsza sumaryczna powierzchnia zawieszenia górnego, 8 ohmowa impedancja i mniejsza odległość dla prawidłowego sumowania przetworników układu TM w stosunku do TMM.

Ten konkretny projekt jest dość wyjątkowy również za sprawą sekcji wysokotonwej opartej o tweeter Seasa 27TBCD/GB-DXT z unikalną konstrukcją zintegrowanego waveguide.


Rys. 1-5 Skończone kolumny.

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
06-06-2010, 23:51
Cd.

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
06-06-2010, 23:52
PRZETWORNIKI

Seas CA22RNY to klasyczny woofer z powlekaną, papierową membraną i nowoczesnym, odlewanym koszem. Jest to dość wyjątkowy przetwornik w kategorii 8 cali, ze względu na parametry dobrane głównie z myślą o aplikacji w układach dwudrożnych. Mms jest bardzo niski (17g), a układ magnetyczny ogromny (magnes ma ten sam rozmiar co w 10-cio calowcach Seasa). W rezultacie efektywność jest wysoka, a pasmo jest bardzo rozciągnięte.

Seas CA22RNy nie posiada miedzi w napędzie w postaci pierścieni farady\'a, a jednak osiąga niskie znieksztalcenia. Dzieje się tak z kilku powodów, duża efektywność oznacza większe nasycenie cewki i mniejsze obicążenie termiczne dla uzyskania danego SPL w stosunku do mniej efektywnych konstrukcji. Zarówno membrana jak i zawieszenia są świetnie zaprojektowane, coating membrany częsciowo zachodzi na zawieszenie górne w celu eliminacji jego rezonansów. Na basie pomaga świetna wentylacja, zarówno pod dolnym zawieszeniem, jak i od strony cewki. Samo górne zawieszenie ma bardzo dużą podatność.

Jako ciekawostkę dodam, że zgodnie z założeniami wielu inżynierów zajmujących się projektowaniem przetworników, dla uzyskania optymalnych rezultatów aż 80% podatności powinien ustalać dolny resor, czyli tzw. spider. Górne zawieszenie jest trudniejsze w optymalizacji i wprowadza większe nielinowości stąd służy głównie, jako bariera dla dźwięku od tylniej strony membrany, czasem też jako ograniczenie maksymalnego wychylenia dla ochrony cewki przed zniszczeniem i tylko częściowo jako element resorujący.



Seas 27TBCD/GB-DXT to rownież wyjątkowy glośnik za sprawą zintegrowanego waveguide o specyficznej konstukcji, składającej się z kilku pierścieni dyfrakcyjnych. Profil tubki jest tak zoptymalizowany, że poza wzmocnieniem środkowego zakresu częstotliwości, zapewnia świetne charkterystyki kierunkowe, nawet w najwyższej oktawie i za razem nie powoduje żadnych niepożądanych rezonansów, czy zafalowań na charkterystyce. W rezultacie po wyrównaniu podbitego zakresu, uzyskujemy znacznie niższe znieksztalcenia w okolicach nisko (w tym wypadku 1,7kHz) przeprowadzonego podziału. Dodatkowo tubka sprawia, że dźwięk promienuje ze źródła o większej średnicy niż standardowe 25mm dla konwencjonalnych kopułek. W tym wypadku jest to ponad 80mm i w praktyce sprawia, że średnica nisko ciętego tweetera brzmi bardziej swobodnie i lepiej integruje się z dużym, 22cm midwooferem.


Rys. 1-6 zdjęcia uzytych przetworników.

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
06-06-2010, 23:53
Cd

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
06-06-2010, 23:54
OBUDOWY

Obudowa ma objętość około 40 litrów i jest strojona w okolicach 35-37Hz. Dobranie odpowiedniej objetości i strojenia dla danego przetwornika wymaga troche więcej niż zwykłej symulacji w WinISD. Paramtery T/S mają zwykle spore wahania względem danych producenta, więc dla symulacji dobrze jest uśrednić wyniki z kilku źródeł. Równie istotne jest uwzglednienie szeregowej cewki dla woofera zwiększającej jego Qts. Kolejny aspekt to room gain i jego wpływ na charakterystykę w pomieszczeniu odsłuchowym, płaskie storjenia z niskim f3 i ostrym spadkiem poniżej zwykle wyglądają dobrze tylko w programach symulacyjnych.

W tym konkretnym przypadku uśredniłem paramtery T/S podane przez producenta oraz zmierzone przez Klang&Ton. Zakładane strojenie przewiduje stosunkowo wczesny ale lagodny spadek basu, który jak się później okazało w pomieszczeniu zapewnia równomierny poziom aż do okolic 30Hz. Port bass reflex jest strojony stosunkowo wysoko jak na 8 calowy przetwornik i efektywnie odciąża go od dużych amplitud na większości materiału muzycznego. CA22RNy ma również wysoką efektywność, w rezultacie pojedyńczy głośnik wytwarza teoretycznie ponad 106dB/1m w zakresie od 40Hz w górę.

W praktyce bas jest bardzo dynamiczny, a zapas SPL naprawdę bardzo duży. O ile nie puścimy na głośnik silnych sygnałów poniżej strojenia, bardzo ciężko jest go przesterować amplitudowo. Po "przekopaniu" bardzo szerokiego spektrum materiału muzycznego znalazłem dosłownie kilka utworów,  w których coś się dzieje poniżej 30Hz. Nawet muzyka elektroniczna typu drum&bass rzadko schodzi niżej niż 35Hz i nawiasem mówiąc, dostarcza ciekawych wrażeń na tych kolumnach.


Rozmieszczenie przetworników było wstępnie optymalizowane symulacjami dyfrakcyjnymi w Edge. Pomiary potwierdziły bardzo równą charkterystykę przy symulowanym ułożeniu głośników i żeby odtworzyć prawidłowo ten projekt należy się trzymać wytycznych z załączonych rysunków. Można zmieniać objętość zmniejszająć lub zwiększając głębokość kolumny ale rozplanowanie frontu musi pozostać bez zmian względem orygniału. Za sprawą tubki DXT, sama kopułka jest mniej wrażliwa na odbicia od krawędzi frontu i ewentualne odpuszczenie wyoblenia może być w tym wypadku akceptowalne. Poza bardzo drobnym zafalowaniem charkterystyki nie powinno przynieść znaczących negatywnych efektów. Samo położenie kopułki nie powinno być zmieniane, gdyż spowoduje większe odchyłki charakterystyki.


Konstrukcja ścianek jest warstwowa, wewnątrz kratowica z płyty wiórowej 18mm, same ścianki to 12mm MDF i 12mm sklejka. Można wykonać obudowę również z pojedyńczego materiału ale warto zachować rozbudowaną kratwonicę składającą się z poziomych i pionowych wzmocnień.


Rys.1 Front i ułożenie przetworników. Ten konkretny rysunek to projekt przygotowany pod CNC, stąd nietypowe wyoblenie o zmiennym promieniu. Poza tym wyobleniem cala reszta zgadza się z wykonanym projektem i należy zachować zaznaczone na rysunku wymiary. Tak jak wspomniałem wcześniej wyoblenie raczej zbyt wiele nie zmieni, u mnie jest staly promień ok. 10-11mm, jak ktoś ma możliwości, nie widzę przeszkód z wykonaniem tego tak jak na rysunku.

Rys.2 Zwymiarowany i uproszczony rysunek zewwnętrznej bryły. Mój ma w środku przegrodę pod kątem wydzielającą objetośc 40 litrów i ograniczającą falę stojącą góra/dół.

Rys.3 Render przekrojowy z widocznym wzmocnieniem kratownicowym, brakuje na nim tylko skośnej przegordy


Rys.4-13 Zdjęcia z budowy opisywanej pary kolumn.

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
06-06-2010, 23:55
Pomylilem kolejność, teraz załączniki 1-3.

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
06-06-2010, 23:56
Cd zdjęć z budowy

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
06-06-2010, 23:56
Cd

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
06-06-2010, 23:58
ZWROTNICE

Na wstępie zanznaczę, że pomiary pod symulacje były wykonywane w nieporównywalnie lepszych warunkach niż końcowy pomiar, czyli w częściowo otawrtej przestrzeni, a nie w pomieszczeniu, stąd mniejszy udział odbić w charkterystyce woofera. Szkoda, że tak wyszło ale jeśli miałbym wybierać, wolałbym dokładniejsze pomiary pod symulacje. Pomiar końcowy jest na tyle dokładny w górnym zakresie, że potwierdza prawidłowość symulacji.


Zastosowałem fitry akustycznie 4-tego rzędu z podziałem na około 1700Hz. Elektrycznie dla woofera jest 2-gi rząd, z dużą cewką dla kompensacji baffle step i pojedyńczym kondensatorem. Dla tweetera jest elektrycznie 3-ci rząd składający się z większej ilości komponentów, ze względu na konieczność korekcji podbicia pochodzącego od waveguide. Jako ciekawostkę można uznać fakt braku równoległego rezystora w gałęźi wysokotonowca.

Cała zwrotnica składa się z minimalnej ilości komponentów, jakie można było zastowosować dla uzyskania pożądanego efektu. Miałem trochę bardziej złożoną wersję zwrotki, jednak nie brzmiała lepiej pomimo minimalnie lepszego zgrania fazowego.

Próbowałem też układu dla DXT podobnego do fabrycznego kitu Seasa Idunn. Nie chciał zbytnio zgrać się w tej konfiguracji, podział był za wysoki i po wyrównaniu efektywności z CA22RNY, spadek najwyższej oktawy był nawet większy więc układ został odrzucony już na etapie symulacji.

Reverse null ma około 20-tu kilku db. Zwrotnice akustycznie 4-tego rzędu mają jednak to do siebie, że najlepsze zgranie fazowe uzyskują odrobinę powyzej osi wysokotnówki, więc tam reverse null będzie nawet głębszy.




Opcje:

Aby dostroic voicing pod swoje preferencje można zmienić wartości malego kondensatora i rezystora. Zmiana z 3.9 na 3.3uF i z 5,6 na 6,8Ohm spowoduje większe tłumienie niemal całego zakresu wysokotonowego o około 1-1,5db, kosztem odrobinę gorszego zgrania fazowego. Sam jeszcze rozważam tą opcję i możliwę, że ją przetestuję. W każdym razie zalecam zakup tych dodatkowych komponentów żeby mieć możliwość manewru, koszt jest niewielki a ewentualny zysk spory.

Cała zwrotnica jest zgrana dośc precyzyjnie, więc nie zalecam innych modyfikacji.






Rys.1 Schemat zwrotnicy.

Rys.2 Charakterystyki poszczególnych przetworników i ich charakterystyka wypadkowa.

Rys.3 Zbliżenie kluczowego zakresu podziału między przetwornikami

Rys.4 Reverse null.

Rys.5 Przebieg fazy.

Rys.6 Przebieg impedancji.

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
06-06-2010, 23:59
Cd

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
07-06-2010, 00:00
POMIARY

Rys.1 Pomiar charakterystyki częstotliwościowej wykonany w pomieszczeniu o powierzchni około 22m2. Zakres od około 1kHz w gorę jest zupełnie wolny od odbić, jak widać pasmo jest wyjątkowo równe, podziałka na wykresie co 5db i całkowity brak wygładzania tego zakresu!
Mikrofon ustawiony w odlegołości 1m na osi glośnika wysokotonowego i skalibrowany pod kątem SPL. Napięcie wyjściowe 2.83V.

Niżej stopniowo swój udział pokazuje pomieszczenie, spory dołek w okolicach 500Hz to tzw. floor bounce, czyli odbicie od podłogi docierające do mikrofonu w przeciwfazie. Poniżej około 250Hz wykres był łączony z pomiarem w bliskim polu ale nawet tu ze względu na wymaganą dla mierzenia niskich częstotliwości długą bramkę, wkradł się rezonans główny pomieszczenia na 70Hz. Swoją drogą puszczenie sygnału sinusoidalnego o tej częstotliwości powodowało słyszalny i silny rezonans.

Mierzenie kompletnej charakterystyki w normalnym pomieszczeniu jest bardzo trudne i ten wykres przed wszystkim pokazuje zgranie ze sobą przetworników oraz świetne wyrównanie kluczowego pasma od górnego środka do okolic 10kHz.

Na wykresie jest również wykres minmalnofazowy i faza akustyczna, pokazująca punkt podziału w okolicach 1.7kHz.



Rys.2 Charakterystyka wodospadowa, popularne skalowanie 25db.


Rys.3 Charakterystyka wodospadowa, wysokie skalowanuie 35db i moim zdaniem, bardzo dobre zachowanie przetworników.


Rys.4 Step response


Rys.5 Pomiar impedancji, minimum to aż 6.7Ohm, kolumna spelnia wymagania zestawu nominalnie 8Ohm i nie powinna sprawiać żadnych problemów, nawet wzmacniaczom lampowym.

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
07-06-2010, 00:00
Cd

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
07-06-2010, 00:01
WYKAZ KOMPONENTÓW

Poniżej zamieszczam wykaz komponentów użytych do budowy prezentowanej pary kolumn, w oparciu o indexy z Polinku. Zamieściłem dwie wersję "Standard" (aktualnie zbudowana) oraz "Premium" dla ludzi, którzy preferują tego typu rozwiązania. Powiem szczerze, że nie przeprowadzałem porównania i jestem ciekawy, czy byłbym w stanie usłyszeć różnicę między nimi. Zaznaczam, że wykaz jest przykładowy, mozna mieszać droższe komponenty z tańszymi, ważne tylko żeby trzymać się podanych wartości.

Chciałbym jeszcze dodać, że obie rezystancje cewek (DCR) są dopasowane do zwrotnicy i nie zalecam eksperymentów, również w gałęźi wysokotonowca.


Przetwotrniki:

Seas CA22RNY                       INDEX: H1471-08  2sztuki
Seas 27TBCD/GB-DXT                 INDEX: H1499-06  2sztuki



Zwrotnice (Standard)

C1, C4  12 uF  Cross-cap         INDEX: 400/ 12.00       4sztuki
C2     3.9 uF  Cross-cap         INDEX: 400/  3.90       2sztuki
C3     8.2 uF  Cross-cap         INDEX: 400/  8.20       2sztuki

R2     5.6 Ohm                   INDEX: MET-TY10/  5.60  2sztuki

L1     2.7 mH;   DCR 0.07 Ohm (toroidalna)      INDEX: *TZA 2.7 1.6 30 2sztuki
L2     0.330 mH; DCR 0.194  Ohm (powietrzna)    INDEX: *1712 CEWKA 2sztuki


Voicing (opcjonalnie):

C2     3.3 uF  Cross-cap         INDEX: 400/  3.30       2sztuki
R2     6.8 Ohm                   INDEX: MET-TY10/  6.80  2sztuki






Zwrotnice (Premium)

C1, C4  12 uF (10+2.2uF)  Z-Superior  INDEX: Z-SUPERI  10.00  4sztuki
                          Z-Superior  INDEX: Z-SUPERI   2.20  4sztuki
C2     3.9 uF  Z-Superior     INDEX: Z-SUPERI  3.90  2sztuki
C3     8.2 uF  Z-Superior     INDEX: Z-SUPERI  8.20  2sztuki

R2     5.6 Ohm    INDEX: MET-TY10/  5.60  2sztuki

L1     2.7 mH;   DCR 0.07 Ohm (toroidalna)             INDEX: *TZA 2.7 1.6 30 2sztuki
L2     0.330 mH; DCR 0.187 Ohm (taśmowa impregnowana)  INDEX: *CTPI-16/ 0.33 2sztuki


Voicing (opcjonalnie):

C2     3.3 uF  Z-Superior    INDEX: Z-SUPERI  3.30  2sztuki
R2     6.8 Ohm    INDEX: MET-TY10/  6.80  2sztuki

Krs47

  • 1037 / 3544
  • Ekspert
07-06-2010, 00:02
BRZMIENIE

Tym razem poświęcę tej częsci opisu więcej uwagi, gdyż chcialbym uniknąć późniejszego dopytywania w tym temacie. Wykrzesałem z siebie sporą dawkę subiektywizmu więc ponownie zaznaczam, że taki opis jest stronniczy i podczas ewaluacji projektu nie powinno się w całości opierać na nim swojej opinii.



Zanim doszedłem do finalnego strojenia zwrotnicy wykonałem kilka modyfikacji, dzięki czemu końcowa równowaga tonalna jest bardzo neutralna. Mimo układu 8+1 z "nadwymiarowym" głośnikiem niskośredniototnowym, integracja przetworników jest znakomita. Oba głośniki mają podbny profil zniekształceń nielinowych, które nawiasem mówiąc są bardzo niskie i świetnie ze sobą współgrają. Nie sposób podczas odsłuchu znaleźć miejsca łączenia między nimi, są tak ze sobą "zszyte", że z odległości odsłuchu ok. 2-2,5m sprawiają wrażenie punktowego źródła dźwięku.



Seas CA22RNY ma dużą powierzchnię drgającą i potężny układ magnetyczny, co więcej jest to bardzo świerza konstrukcja Seasa, więc najprawdopodobniej była optymalizowana z uzyciem systemu pomiarowego Klippela.
W efekcie powyższego, bas jest niesamowity, w pomieszczeniu trzyma poziom aż do 30Hz i cakowicie przeczy sterotypowym opisom, brzmienia kolumn z układem bass reflex. Stopa jest natychmiastowa, a głębokie basowe zejścia mają wyraźne natęźenie i kończą się dokładnie wtedy kiedy powinny. Na wyższych poziomach glośności można nawet poczuć dźwięk i nie ma przy tym wrażenia utraty klarowności/kontroli przekazu. Co ważne bas jest bardzo zróżnicowany, nie ma problemu z odróżnieniem poszczególnych nut gitary basowej w połączeniu ze stopą perkusyjną. Nie wybija się zbytnio na pierwszy plan (chyba że tak zostalo zrealizowane nagranie) i nie tworzy wszechobecnej "poduszki" dla wyższych dźwięków.



Jednak, tak naprawdę świetny bas jest tu tylko dodatkiem, to co najciekawsze w muzyce i w tych kolumnach dzieje się na środku i w wyższych rejestrach. Dobrego basu (choć nie aż tak) spodziewałem się od początku ale średnica mnie bardzo zaskoczyła. Scena jest duża i daje wyraźne wrażenie trówymiarowości,które nie zanika przy wysokich SPL, a sweet spot jest bardzo szeroki. Słychać dużo "smaczków" w nagraniach, zaś mocne transienty mogą wręcz przestraszyć swoją dynamiką.
Można na tych kolumnach słuchać każdego instrumentu i każdej linii melodycznej osobno, albo równie dobrze odebrać wszystko jako jedną, zgraną całość.


Kolumny nie nadają muzyce swojego charkteru, nie mają żadnych mocnych zafalowań na charakterystyce, czy peaków w znieksztalceniach i dzięki temu nie podbarwiają poszczególnych częstotliwości, co ujednolicałoby przekaz. Jednocześnie za sprawą bardzo płaskiej charakterytyki, bez strojenia z tzw. BBC dip nie wybaczają zbyt dużo kiepskim realizacjom muzycznym. Bardzo latwo na nich usłyszeć kompresję dynamiki w nagraniach, czy przesadnie bliskie ustawienie mikrofonu wolaistki/wokalisty, skutkujące nadmiernym wyeksponowaniem sybilantów.
Płyty brzmią dokładnie tak, jak zostały nagrane i niestety czasem bywa to przykre. Nie nadają się też do cichego "plumkania" w tle, wypełniają dźwiękiem całe pomieszczenie i od razu  angażują słuchacza, zachecając do w pełni świadomego odsłuchu.


Nie zdążyłem sprawdzić jak kolumny współpracują ze wzmacniaczami lampowymi. Impedancja i efektywność jest wysoka więc teoretycznie nie powinno być z tym problemu. Osobiście nie lubię lamp i uważam, że wzmacniacz powienien być możliwie liniowy oraz mieć niskie zniekształcenia. Dla tej konstrukcji wystrczy już 10-20 wat ale żeby mieć pełną kontrolę przy bardzo wysokich SPL solidne 50-100 wat nie zaszkodzi.


Żeby osiągnąć podobne efekty zalecam bardzo solidną konstrukcję obudowy, jestem pewien, że zastosowana kratownica i warstwowe ścianki mają swój udział w końcowym, bardzo przejrzystym i nie podbarwionym rezonansami brzmieniu.

WaldeK

  • 188 / 3047
  • Aktywny użytkownik
07-06-2010, 00:03
Gratulacje , podziekowania i kolejny raz - wielki szacunek za PRAWDZIWE  DIY - non -profit


WaldeK