4 Ohm-os hangszóró bekötési rajza
Sokan szeretnek hangdobozokat építeni, de ez a terület sokszor kudarcba fullad. Ez a cikk abban segít, hogy elkerüljük a kudarcot, és megmutatja, hogyan készíthetünk otthoni, jól szóló hangdobozt viszonylag egyszerűen.
Kétféle hangdobozról lesz szó: egy kétutas (magas- és mélysugárzót is tartalmazó) és egy egyutas, amely csak egy széles sávú hangszórót tartalmaz.
Erősítő kapcsolási rajzok
A következőkben bemutatunk néhány erősítő kapcsolási rajzot, amelyekkel 4 Ohm-os hangszórókat köthetünk össze.
TDA7372 erősítő IC
A TDA7372 monolitikus végfok IC-vel minimális külső alkatrész felhasználásával építhető 4x6W-os erősítő. Az IC adatlapjából kiolvashatóak a paraméterei. Bár nem egy korszerű IC, de a fiókban elfekvő példányokból érdemes lehet összehegeszteni egy kisméretű, általánosan felhasználható végfokozatot.
TDA2822 erősítő IC
A TDA2822 végfok IC-vel maximálisan 1W teljesítményű hangfrekvenciás erősítő készíthető. A 8 lábú tok alkalmas lehet sztereo fejhallgató meghajtására, vagy egyéb, nagy teljesítményt nem igénylő készülék hangjának hallhatóvá tételére.
LM4780 erősítő IC
A National Semiconductor LM4780 típusú hangfrekvenciás erősítő IC-je sztereo üzemmódban 2x60W teljesítmény leadására képes, + - 35V tápfeszültségen, 8ohm terhelésre, 0,03%-os torzítás mellett. 4ohmos terhelés esetén ez a teljesítmény 2x25V-os tápfeszültséggel érhető el. Ez az erősítő IC is - mint hasonló társai - hídkapcsolásra is alkalmas.
Megkaptam az ingyenes mintadarabokat, ezért elkeztem megépíteni ezt az erősítőt. Az LM4780 sztereo erősítő nyákterve letölthető a képre kattintva. Kipróbálva még nem volt, ezért mindenki csak ellenőrzés után kezdje el megépíteni!
A hangszórók GND-je nincs a panelon, közvetlenül az elkókra csatlakozik!
Erősítők osztályozása egyszerűen, kezdőknek. Górcső alá vesszük: A, A/B és D kapcsolási topológiákat
TDA7375 erősítő IC
Minimális alkatrészigényű és kis méretű erősítő építhető a TDA7375 típusú IC-vel, mely meglepően kellemes hangzást biztosít. Felhasználható szobai hangerősítőnek, autóba, vagy hangkártya kimenetének erősítésére is.
Swift riasztó bekötési rajz: hibaelhárítás
Az integrált áramkör 4 különálló végfokot tartalmaz, ebből két kimenet hídkapcsolásával érhető el a 2x25W teljesítmény, 14,4V táp és 4 ohmos terhelés mellet az adatlapja szerint. Mivel minden második kimenete invertál, ezért nem kell a bemenettel ügyeskedni.
Érdemes a hangszóró és a tápcsatlakozási pontokba nyákba ültethető sorkapcsokat építeni, a nyákrajzon erre lehetőség van. Az IC-re kis méretű hűtőborda szükséges.
Egyéb IC-k
Régi, HF kimenettel rendelkező CD-romokban gyakran található egy SO8 tokozású fejhallgatók meghajtására alkalmas IC. Nemrégiben hozzám is került néhány bontásra ítélt CD-rom panelja, és 5-ből négyben találtam ezt az erősítőt. Némi nyomozással sikerült kideríteni a kilétét. Viszont ha már van, akkor ki kell próbálni! Nem is igényel semmi extrát, a kimeneti elkók kapacitásán kívül.
Az feszültségerősítést az R1 és az R2 (R11-12) viszonya határozza meg, maximális kimeneti teljesítménye 100 milliwatt körül van. A rajzhoz képest a 220p értékét érdemes lehet csökkenteni, ha kevés lenne a magas hangok átvitele.
Amire ügyelni kell: az IC tápfeszültsége nem haladhatja meg a +7 voltot, vagy kettős táplálás esetén +-3,5 V-ot! A kimenete 8-32 Ohm-os fejhallgatóval terhelhető. A nyákterv és a kapcsolási rajz letölthető innen lay6 formátumban. Az áramkör nyákja 20x24mm lett.
Hangdoboz építés
A kudarc elkerülése szempontjából fontos, hogy ne vállaljuk túl magunkat. Egyutas hangdoboznál csak az első két lépést kell megtenni, ezért annak elkészítése egyszerűbb, olcsóbb. Az egyutas hangdobozokról a kétutas után szólok. Amit a kétutas hangdoboz mélysugárzójáról (mélyközép hangszóró) írok a továbbiakban, annak nagy része igaz az egyutas hangdobozba szánt széles sávú hangszórókra is.
Az emberi fül 20 Hz és 20 kHz közötti frekvenciájú hangok érzékelésére képes. Készíthető egy hangszóróval is hangdoboz, amikor egy széles sávú hangszóró a teljes hallható tartományban sugároz. Ekkor csak egy jól megtervezett dobozra, és megfelelő széles sávú hangszóróra lesz szükségünk.
Megfontolandó lehet az egyutas hangdoboz elkészítése. Több hangszóró esetén az ember által hallható frekvenciatartományt több tartományra osztják, mert egy hangszóró egy kisebb frekvenciatartományt jobb minőségben képes megszólaltatni, ezért a hangdobozok több hangszórót tartalmazhatnak.
A nagyobb hangszórók az alacsonyabb frekvenciájú hangok átvitelére alkalmasabbak, a kisebb hangszórók a magasabb hangok átvitelére szolgálnak.
Több hangszóró esetén az általunk tárgyalt, passzív hangdobozok tartalmaznak egy hangváltót, amelynek az a szerepe, hogy a teljes hangfrekvenciás tartományt több részre válassza szét úgy, hogy mindegyik hangszóróra csak olyan frekvenciatartományt engedjen, amelynek lesugárzására az képes.
A hangváltó szűrőket tartalmaz, amelyek megvalósítják a hangfrekvenciás tartomány több tartományra történő szétválasztását.
Egy magassugárzó nem képes a mély hangok (pl. a basszusgitár hangjának) visszaadására, sőt ha azt kellő intenzitással ráengedjük, akkor tönkremegy (leég a tekercse), ezért a mély hangokat távol kell tartani tőle.
A fenti (idealizált) ábrán láthatunk egy két hangszórót tartalmazó (kétutas) hangdoboz hangváltójának elektromos frekvenciamenetét. A zöld vonal ábrázolja a mélysugárzóra jutó jelet, amely 1000 Hz-től csökkenni kezd, és a frekvencia növekedésével egyre inkább csökken. A kék vonal mutatja a magassugárzóra jutó jel nagyságát a frekvencia függvényében, amely a frekvencia növekedésével egyre növekszik. A két görbe 5000 Hz-nél keresztezi egymást, ezt a frekvenciát nevezzük keresztezési frekvenciának. Ezen a frekvencián elvileg mindkét hangszóróra ugyanakkora jel jut.
Láthatjuk, hogy a mélysugárzó a keresztezési frekvencia felett is sugároz, bár egyre inkább csökkenő intenzitással, és ehhez hasonlóan a magassugárzó is sugároz a keresztezési frekvenciánál alacsonyabb frekvenciákon is.
Soros kapcsolású hangváltó
Kétutas, soros kapcsolású, elsőfokú szűrőt tartalmazó hangváltóról van szó. Ha a három kitétel ("kétutas", "soros", "elsőfokú") bármelyikét megváltoztatjuk (a kétutast persze nem egyutasra, hanem háromutasra változtatjuk), elbúcsúzhatunk az egyszerűen megvalósítható hangdoboztól, mert csak ilyet tudunk úgy elkészíteni, hogy az nagy biztonsággal jól is fog működni, és problémamentes lesz.
A kétutas, párhuzamos kapcsolású, elsőfokú szűrőt tartalmazó hangváltó a végeredményt tekintve hasonlóan jó lehet. A különbség az, hogy amíg a soros hangváltós hangdobozt meg tudjuk csinálni akár mérési lehetőség nélkül is, addig párhuzamos hangváltó esetén ez nem lehetséges.
A soros kapcsolás csak elsőfokú hangváltónak alkalmas úgy, hogy azt problémamentesen meg lehessen építeni. Másodfokúnak nem alkalmas, mert az nagyon érzékeny lenne minden változtatásra, és emiatt nem tartható kézben.
John Broskie arról ír, hogy "Körülbelül 30 évvel ezelőtt ismertem egy stanfordi PhD-s villamosmérnököt, akinek doktori disszertációja az elektronikus szűrőkről szólt; nyugdíjba vonult a Hewlett Packardtól, és hangváltókkal kezdett el foglalkozni. Rod Elliott pedig arról ír, hogy kétutas rendszerben, amennyiben elegendő a csatornánkénti legfeljebb 30 W teljesítmény, akkor ne a szokásos másodfokú (12 dB/oktáv) párhuzamos hangváltót alkalmazzuk, mert sokkal jobb az elsőfokú (6 dB-oktáv) soros hangváltó.
Tehát ezt a hangváltót csak kis teljesítményű rendszerekhez, csak kétutas hangdobozokhoz érdemes elkészíteni. Mi pedig pontosan ilyen hangdobozt szeretnénk készíteni.
A soros elsőfokú hangváltó nagy előnye, hogy jelentős mértékben önkorrigáló, az átvitele elektromosan mindig lapos lesz, nem érzékeny a hangszórók impedanciájának változásaira, és a tranziens átvitele a lehető legjobb.
A lapos átvitel azt jelenti, hogy az eredő elektromos frekvenciaátvitel gyakorlatilag vízszintes egyenes lesz, mentes a kiemelkedésektől és a beszakadásoktól.
A fenti ábrán az első-, másod-, illetve harmadfokú szűrővel megvalósított kétutas hangváltó elméleti átvitelét láthatjuk. Bal oldalon a 0 dB-től kiindulva a mélysugárzóra jutó jel nagyságát láthatjuk decibelben, amely már a 400 Hz-es keresztezési frekvencia előtt elkezd csökkenni. Legmeredekebben a harmadfokú szűrőnél csökken, a keresztezési frekvencia felett elég hamar megszűnik a mélyhangszóró sugárzása. Jobbra a magassugárzóra jutó jelet láthatjuk. Harmadfokú szűrőnél a keresztezési frekvencia alatt meredeken csökken a magassugárzóra jutó jel nagysága is. A leglaposabb az elsőfokú szűrő átvitele.
Elsőfokú szűrő esetén a keresztezési frekvencia környékén csak 6 dB/oktáv meredekséggel csökken az átvitel, amely azt eredményezi, hogy a magassugárzó jóval a keresztezési frekvencia alatt is sugároz, és a mélyhangszóró jóval afelett is. Tehát a hangszórók széles frekvenciasávban szólnak. Ez az oka a már említett teljesítménykorlátnak is.
Hiába lapos a hangváltó elektromos frekvenciaátvitele, ha a nem elég jó hangszórók miatt az akusztikus átvitel nem lesz jó. A hangszórók ne (nagyon) rontsák el a hangváltó lapos frekvenciamenetét.
Azért lesz egyszerűen megvalósítható hangdobozunk, mert a hangváltó biztosítja a lapos elektromos átvitelt, és a hangszórók hibáit, frekvenciamenetét nem fogjuk korrigálni. Ehhez olyan hangszórókat kell választunk, amelyeknek korrekció nélkül is elég jó a frekvenciaátvitele.
Látszólag kis teljesítmény is problémát okozhat a magassugárzónál. Elsőfokú hangváltó és 3000 Hz keresztezési frekvencia esetén, ha a 8 ohmos hangdobozt 50 W-tal hajtjuk meg, akkor a magassugárzóra 300 Hz-es frekvencián nagyjából 0,5 W körüli teljesítmény juthat. Azonban közel sem biztos, hogy a magassugárzó képes ezen a frekvencián ezt a teljesítményt elviselni. Nem erre lett tervezve.
Párhuzamos kapcsolásnál egymással párhuzamosan a bemenetre kapcsolódik a magas és a mélyhangszóró áramköre, míg soros kapcsolásnál sorba vannak kapcsolva, és úgy csatlakoznak a hangdoboz bemenetéhez. Mindkettőben az "L" jelű induktivitás (tekercs) választja le a magas hangokat a mélysugárzóról, illetve a "C" jelű kondenzátor a mély hangokat a magassugárzóról.
A hangszórók impedanciája "R", amely mindkét hangszórónál ugyanolyan érték, de ez nem feltétlenül betartandó követelmény.
A soros hangváltónak a párhuzamos kapcsoláshoz képest sokkal jobb viselkedését a kapcsolástechnikája adja.
Egy hangdoboz lehet zárt, vagy reflexcsővel hangolt basszusreflex doboz. Más, bonyolultabb típusok is léteznek, de azokkal nem foglalkozom.
A két típus közötti választást leegyszerűsíti (és el is dönti) az a tény, hogy a napjainkban árusított mélyközép hangszórók többsége basszusreflex dobozhoz tervezettek, és ezzel a dobozzal alacsonyabb alsó határfrekvencia érhető el.
A membrán (9) rezgése kelti a hangot. A membrán közepén portakaró (1) található, amely megakadályozza, hogy por kerülhessen a légrésbe. A membrán szélénél valamilyen lágy anyagot találunk, amely lehetővé teszi, hogy a membrán elmozdulhasson, rezeghessen. A zöld nyíl jelzi a membrán előre-hátra történő rezgését.
A hangszóróban egy erős mágnesgyűrű található (2). A mágnesnek két pólusa van, északi és déli, ezek között jön létre a mágneses tér. Az egyik (az ábrán balra látható) pólust egy vasból készült henger (5) vezeti a légréshez (4). A másik (az ábrán jobbra látható) pólust egy vasból készült gyűrű (3) vezeti ugyanoda. A légrés (4) a henger és a gyűrű között keletkezik. A légrésben erős mágneses tér jön létre. A légrésben helyezkedik el a lengőtekercs (6) úgy, hogy ne érhessen hozzá se a hengerhez, se a gyűrűhöz. Az a jó, ha minél kisebb a légrés, mert annál "erősebb" a mágneses tér.
A lengőtekercs a membránhoz van ragasztva. A lengőtekercs csévéje napjainkban leggyakrabban alumíniumból készül, amely jó hővezető. A lengőtekercsnél is találunk egy felfüggesztést (7), amelynek célja a lengőtekercs központosítása és a porvédelem.
Ha áramot vezetünk a tekercsbe, akkor a tekercs által keltett mágneses tér miatt a tekercs a hangszóró eleje vagy háta felé elmozdul, elmozdítva ezzel a membránt is. Ha az erősítőből hangjelet vezetünk a tekercsbe, akkor a membrán mozgása többé-kevésbé követi a hangjel változását.
A hangszórók és a hangdobozok polaritással rendelkeznek, tehát nem mindegy, hogyan csatlakoztatjuk a hangszórót a hangváltó alkatrészeihez, valamint a hangdobozt az erősítőhöz. A hangszórónak pozitív (+) és negatív (-) pólusa van. A pozitív pólust a gyártó általában pirossal meg is jelöli.
Ha nincs jelölés a hangszórón, akkor is könnyen megállapíthatjuk a hangszóró polaritását. Ehhez egy ceruzaelemre vagy egy ceruza NiMH akkura van szükségünk. 1,5 V-nál nagyobb feszültségű elemet ne használjunk. Az elemet (óvatosságból esetleg egy néhány ohmos ellenállással sorba kötve) egy pillanatra érintsük hozzá a hangszóró kivezetéseihez, majd azonnal bontsuk is az áramkört. Közben figyeljük meg, hogy amikor hozzáérintettük, akkor a membrán előrefelé, a hangszóró eleje felé mozdult-e el, vagy hátrafelé.
Ha előre mozdult a membrán, akkor az a hangszóró pozitív pólusa, amelyhez az elem pozitív pólusát érintettük, ha hátrafelé mozdult a membrán, akkor az a pozitív pólus, amelyhez az elem negatív pólusát érintettük. Magassugárzóknál hasonlóan járhatunk el.
Az erősítők hátoldalán általában piros és fekete színű hangdoboz csatlakozókat találunk. A piros színűhöz kell csatlakoztatni a hangdoboz pozitív pólusát.
A hangdoboz kábelének egyik vezetékén hosszirányban egy piros csík található, a másikon nincs csík, vagy az egyik ér teljes egészében piros, és a másik fekete. A piros jelű a hangdoboz pozitív pólusa, azt kell az erősítő piros csatlakozójához csatlakoztatni.
A gyártók napjainkban a mélyközép hangszórókhoz sokféle paramétert megadnak (Thiele-Small paraméterek). Ha nem találunk az interneten (leginkább a gyártó weboldalán) ilyen paramétereket és frekvencia-hangnyomás diagramot, akkor ne vásároljuk meg ...