Stúdió Monitor XI. - a hangsugárzó doboz fa munkái, mert építeni is szeretünk!

Monitordoboz famunka:

A hangsugárzó dobozáról már szóltunk pár szót a IV. bejegyzésben, ahol egy drótvázas 3D modellt is bemutattunk. Azóta összeállt a doboz 18 mm-es nyír rétegelt lemezből. Azért választottuk a rétegelt lemezt, mert egyrészt jól megmunkálható, jól ragasztható, másrészt teljes keresztmetszetében közel azonos sűrűségű, az egymásra merőleges réteges elrendezés miatt 18 mm-es vastagságban is igen merev illetve elegendően merev. 

A dobozfalakat az éleken 45 fokban vágtuk és poliuretán, illetve diszperziós ragasztóval csavarozás nélkül erősítettük egymáshoz.

 

 

Nem hiába hívja néhány cég a ragasztót folyékony szegnek. Nagyon erős kötést biztosít az éleken, a csavarnál is erősebbet és nagyobb felületen. Előnyös tulajdonsága, hogy légzáró is ez a kötés. Az összeszorításhoz élvédőt és nagy húzóerejű gurtnit használtunk.

A doboznak diófa furnér külsőt adtunk és természetes olaj-viasz balzsammal kezeltük. A belső kis szeparét a középhangszóró számára és a többi belső merevítőt is a doboz falaiba mart nútba ragasztottuk a feljebb említett ragasztóanyagokkal.

  

 A belső merevítők éleit lekerekítettük, nem mintha akusztikai oka lenne, egyszerűen csak fanatikusok vagyunk és szerintünk a hangdoboznak belül is jól kell kinéznie. :-)

A hátfalon, sablon segítségével kivágtuk a három Speakon csatlakozó helyét. Ide később lézerrel gravírozott csatlakozó terminál kerül. A belső merevítőkön furatokat alakítottunk ki a belső vezetékezés számára, ahova majd beragasszuk azokat, hogy véletlenül se tudjanak rezgésbe jönni vagy esetleg a hangszórók membránjához érni.

Következő fázisban az oldalfalak tömegének növelését céloztuk meg. Ennek kettős hatása lesz: egyrészt a tömegnövelés miatt nagyobb energiák kellenek a doboz rezgésbe hozatalához, másrészt eltoljuk az egész rezgő rendszer rezonancia frekvenciáját a mélyebb hangok felé ami elvileg nem feltétlen előnyös, de az erős és merev konstrukció miatt ez nem lesz probléma. Erre a célra öntapadó, nagy sűrűségű, nagy belső csillapítású anyagot használunk 8 mm vastagságban. Ez a réteg elvesz a doboz nettó térfogatából, de természetesen ezt beleszámoltuk a tervezéskor. Érdekes, hogy az egész doboz, a merevítésektől és a tömegnöveléstől függően, egy adott frekvencián pulzáló rendszer lesz. Mérések szerint csak kis mértékben tér el ez a frekvencia a sarkok illetve a falközepek között. Együtt rezeg az egész doboz.

Az előlap is készen van, selyem feketére festve. Ezt utólag ragasztjuk fel a kész hangdobozra.

Ezután következhet a csillapítóanyagok elhelyezése a dobozon belül, majd a hangszórók beszerelése. Utolsó lépés lesz az aktív elektronika beüzemelése és beállítása. Erről szeretnénk a következő bejegyzésünkben írni.

Folyt. köv. ...

Stúdió monitor X. - a szimulációs és elektromos mérések összehasonlítása

Elkészültek az analóg áramkörök! Beültetve, élesztve várja minden modul a dobozba építést:

A mély és közép közti váltás a kondenzátorok relatíve nagy tűrése miatt kb. 50Hz-el feljebb tolódott ami jelen esetben egyáltalán nem probléma. A szimulációk és az elektromos mérések nagyon szép, egyező képet mutatnak (de ennek így is kell lennie, az lenne a probléma ha valami nem úgy működne mint ahogy kiszámoltuk/szimuláltuk).

Szimulációs átvitelek

A fenti ábrán a mély csatorna "bass roll-off" állítási lehetőségét is felvettük a szimulációba a közép és a magas csatornákkal együtt. Ugyanezt az ábrát mérésekkel is felvettük a valós, megépített áramkörökön:

Méréssel felvett átvitelek

Mérésekkel vizsgáltuk az egyes áramkörök torzítási viszonyait (THD, IMD, DIM), zaját és megelégedéssel vettük tudomásul, hogy megfelelően alacsony értékeket produkálnak az áramkörök.

Már "csak" dobozba kell építeni az áramköröket, befejezni a famunkát, beszerelni a hangszórókat, csatlakozókat és egy végső beállítás/méréssorozat után meg is szólalhatnak a hangsugárzók.

De ne szaladjunk ennyire előre. Következő bejegyzésünkben a dobozokról és azok kialakításáról, megmunkálásáról írunk.

Folyt. köv. ...

Stúdió Monitor IX.

Kész vannak az analóg áramkörök tervei. Három + 1 lényeges részre bontható a teljes áramkör:


1. Bemeneti fokozat:

Ez a fokozat két részből áll:

1. Szimmetrikus bemenet, hangerő szabályzás nélkül (stúdiós felhasználás), +4dBu  bemeneti érzékenységgel
2. Aszimmetrikus bemenet, hangerő szabályzással (kommersz felhasználás), -10dBV bemeneti érzékenységgel (maximum hangerő állásnál)

A két rész között egy kapcsolóval lehet választani annak megfelelően, hogy milyen környezetben használjuk majd a hangsugárzót. Az aszimmetrikus vonalon aktív hangerőszabályzót alkalmazunk, hogy jobb együttfutású lineáris potmétert is fel tudjunk használni hangerőszabályzásra.

2. Rumpli szűrő:

Ez a fokozat elengedhetetlen stúdiós használat esetén, ugyanis az alacsony frekvenciás zajok (<20Hz) egyrészt a mély hangszórót veszélyeztethetik, másrészt a headroom-ot is jelentősen csökkentik. Mi egy 18dB/oktáv meredekségű felüláteresztő szűrőt terveztünk 20Hz-es határfrekvenciával. Egy ügyes trükkel két másik funkciót (bass roll-off állítás és 2dB-es low-shelf filter) is integráltunk ebbe a fokozatba.

3. Aktív váltó:

A lelke a teljes áramkörnek az aktív váltó rész. Hagyományosnak mondható Sallen-Key topológiára épülő filtereket használunk, természetesen egyedi tervezéssel.

+1. Kimeneti szintszabályzók:

Ehhez kapcsolási rajzot nem mellékeltünk, hisz egyszerű, bufferelt feszültségosztókról beszélünk amelyek állíthatóak lesznek attól függően milyen végerősítőket használunk.

A teljes áramkör tervezése közben nagy hangsúlyt fektettünk az alacsony zajszintre, alacsony torzításra. A műveleti erősítőket és passzív alkatrészeket is ennek megfelelően választjuk ki. A fizikai megvalósítás során külön-külön megépítjük és teszteljük/mérjük az egyes fokozatokat. 

A következő bejegyzésünkben ezt a lépést szeretnénk bemutatni.

Folyt. köv. ...

Stúdió Monitor VIII.

Legutóbbi bejegyzésünkben utaltunk arra, hogy a DXT tölcséres magas hangszóróhoz mindenképp szükséges valamiféle kompenzáció (EQ) amivel a tölcsér kiemelő hatását "normalizálni" lehet. A DSP-vel igazán szép átvitelt tudtunk beállítani, azonban ugyanazt a kompenzáló hatást analóg áramkörökkel sokkal nehezebb megvalósítani. Feleslegesen bonyolult áramkör adódna, mi viszont szeretünk a kisebb ellenállás felé "hajózni", hogy messzebb jussunk :-) Így az eredeti gondolatnak megfelelően egy párhuzamos RC tagot használunk EQ-nak a magas hangszóróval sorban:

Ezzel együtt a közép-magas váltási frekvenciáját 2.1kHz-ről 2.2kHz-re emeltük, így az alábbi átvitelt sikerült elérni:

Passzív EQ-val picit hullámosabb átvitel adódik magasban mint aktív EQ-val, de ezzel együtt tudunk élni. Az analóg aktív váltónk így lényegesen egyszerűbb lesz.

Kezdődhet az analóg áramkörök tervezése.

Folyt. köv. ...

Monitor hangsugárzó VII. - mérések a "süket" szobában

Augusztus óta két nagy lépéssel haladtunk előre a monitor hangsugárzó projektünkkel. Egyrészt a próbadobozba beépített hangszórókat sikerült süketszobában megmérni ...

... másrészt egy DSP kártyával hangváltót is készítettünk hozzá. Az eredmények meggyőzőek lettek: 60Hz és 20kHz között majdnem +/-1dB-en belül mozog a görbe. Ezzel messzemenőkig elégedettek vagyunk:

Szép, egyenletes frekvenciaátvitel és fázis jellemzi a hangsugárzót. 100Hz alatt a fázisgörbe tartalmazza a süketszoba rezonanciájának jellegzetes fázistolását. A frekvenciaátviteli görbén kompenzáltuk a szobarezonanciát ezért nem látszik. A DSP-n egyedül a magas hangszóró DXT tölcsérének a hatását kellett csak kompenzálni, amit bármilyen hangváltó esetén meg kell csinálni. Ezen kívül semmilyen kompenzációt nem tartalmaz a váltónk! Jó minőségű hangszórókkal élmény dolgozni :-)

A hangszórók váltásai méréseink alapján következőképp néznek ki:

A mély és közép hangszórók 345Hz-en keresztezik egymást, míg a közép és magas hangszórók 2.1kHz-en váltanak, mindkét esetben 24dB/oktáv meredekséggel. A szép, egyenletes átvitel miatt az impulzusválasz is természetesen szépre adódik:

Az impulzusválasz elején látható lengést a DSP okozza, nem a hangsugárzó jellemzője. Nem is lehetne az, hiszen az impulzus megérkezése előtt a hangsugárzó nem mutathat semmiféle aktivitást.

A horizontális irányítottság (360 fokos iránygörbe!) is viszonylag egyenletesen szűkül, a magas hangszórón a DXT tölcsér teszi a dolgát (a magasabb tartományban sem drasztikus az irányítottság):

Gyakorlatilag +/-50 fokos vízszintes térrészben +/-3dB-en belül egyenletes átvitelt sikerült elérni a teljes átviteli sávban.

A középső tengelyhez viszonyítva a közép tartomány iránygörbéje nem teljesen szimmetrikus, nem is lehet az, hiszen az előlap szélén, aszimmetrikusan helyezkedik el a közép hangszóró. Ez az asszimmetria kevésbé jelentkezik a magas tartomány esetén ugyanis a DXT tölcsér miatt a magas tartomány alsó részét a doboz előlapja alig befolyásolja.

Továbbiakban az a tervünk, hogy a DSP-vel kialakított váltót analóg áramkörökkel valósítjuk meg illetve készre szereljük a hangsugárzó dobozokat is. 

Folyt. köv. ...

Monitor hangsugárzó VI. - amiért szeretjük a Seas hangszórókat

Megérkeztek a Seas középhangszórók...

... és át is estek az első méréseken (IEC lapban).

Frekvencia átvitel

Impedanciamenet

Szép átvitel és impedanciamenet jellemzi őket, a két hangszóró együttfutása is példás. Ezért is szeretjük a Seas hangszórókat.

Közben az aktív váltót is elkezdtük tervezni. Erről a folyamatról szeretnénk megosztani néhány bevezető gondolatot. Ugyan a konkrét keresztváltót még nem tudjuk tervezni megfelelő mérések hiányában, azonban a teljes aktív rendszert blokkvázlat szintjén már fel lehet rajzolni.

A vázlat egyszerűnek és egyértelműnek tűnik első látásra, a részletek azonban már nem ennyire egyszerűek. A bemeneti fokozatnak tudnia kell kezelni a különböző jelszinteket (+4dBu és -10dBV), megfelelő nagyfrekvenciás zavarvédelmet kell nyújtania, nagy közösmódusú jelelnyomást kell biztosítania és valódi szimmetrikus bemeneti impedanciát képviselnie. Mindezt alacsony zaj és torzítás mellett. A "CROSSOVER NETWORK" blokkban lesz megoldva mindenféle szűrési és korrekciós feladat. A végerősítők külön dobozban, külön egységként helyezkednek el.

A tervezés során elsőként azt tisztáztuk, hogy milyen jelszinteket tudjon kezelni az aktív rendszerünk. Kétféle (szabványosnak mondható) jelszintet választottunk: HIGH állásban +4dBu ami a profi stúdiókban elterjedt, illetve LOW állásban -10dBV ami elvileg a kommersz készülékek jelszintje. Ezek a jelszintek a monitor hangsugárzónkat 1m-en 100dB hangnyomásra fogják kivezérelni (terveink szerint). A maximális terhelhetőség kb. 105-106dB/m -re fog adódni amit egyrészt a mélyhangszóró, másrészt az erősítők korlátoznak erre az értékre.

Ezek után meghatároztuk az aktív váltón belüli jelszint mértékét, hogy a jel/zaj viszony a lehető legjobb legyen és maradjon elegendő tartalék az áramkörökben. Műveleti erősítőkkel megvalósított erősítő/szűrő fokozatokat fogunk használni a teljes rendszerben amelyeket a legalacsonyabb zajszintek érdekében külön méretezünk. Ez a folyamat gyakran papíron megy a legkönnyebben/leggyorsabban:

Műveleti erősítőknek korszerű, az adott feladat ellátására optimális típusokat választunk. A végerősítőink adottak, azonban a moduláris felépítésnek köszönhetően cserélhetők lesznek és az aktív váltóban a jelszintek korrigálhatóak ha más végerősítőket akarnánk használni.

Folyt. köv. ...

Monitor hangsugárzó V. - profi hangsugárzó lesz :)

Hosszú idő eltelt az utolsó bejegyzés óta, de csak most volt időnk kicsit foglalkozni a fióktakarító projektünkkel. A fióktakarító nevet megváltoztattuk monitor hangsugárzóra mert a fióktakarítás a legutóbbi döntésünk alapján már nem érvényes. Ugyanis a közép hangszórónak választott Peerless 830656-nak új felhasználást találtunk, ezért másik középhangszóró után néztünk. A keresgélés nem tartott sokáig, a Seas MCA15RCY közép hangszóró adta magát a projekthez. Ez a hangszóró viszont nincs a fiókunkban így már nem beszélhetünk fióktakarításról :-)
A követelményeinket is megváltoztattuk valamelyest, így már inkább egy profi stúdióban is használható monitor hangsugárzó projekt van kialakulóban, ezért sem igazán illendő a fióktakarító jelző. A jelenlegi (kissé átformált) követelményeink a következők:

• Lineáris on-axis frekvenciamenet 50Hz - 20kHz között (free field), maximum 3-4dB-es hangnyomás ingadozáson belül
• Amennyire lehet egyenletes off-axis frekimenetek (listening window, first reflection, total power response, directivity index)
• Aktív váltás a hangszórók között, minden hangszórónak külön végfok (a passzív váltós változatot elvetettük)
• Csak szimmetrikus (XLR) bemenet
• Változtatható bemeneti érzékenység
• Kikapcsolható szub filter
• Mély, közép és magas szintállítás 0 és -6dB között 1dB-es lépésekben
• Mély vágás állítása 0 és -8dB között 2dB-es lépésekben
• Maximális (hosszúidejű) hangnyomás 102-104dB/1m körül legyen
• Külön dobozban előfokot is építünk ami számunkra azért szükséges mert mi otthoni hifi eszközöket használunk, a monitor hangsugárzónkat viszont úgy tervezzük, hogy akár egy profi hangstúdióban is megállja a helyét.

A hangszóró méréseket is elkezdtük, először a magassugárzóval:

Standard IEC mérőlapban mért átvitelen (kék görbe) jól látszik a DXT "tölcsér" erősítő hatása 10kHz alatt. Ezt legegyszerűbben passzív módon, egy egyszerű párhuzamos RC körrel lehet kompenzálni, amit a hangszóróval sorba kell kötni (lenti ábra). Megfelelő ellenállás és kondenzátor párosítással egészen jó átvitelt lehet elérni (piros görbe). Az átlag érzékenység így kb. 89dB-re adódik ami tökéletesen megfelel céljainknak.

Természetesen egy ilyen passzív RC kör megváltoztatja az eredő impedanciát amit a meghajtó erősítő "látni" fog. Megvizsgáltuk, hogy a hangszóró önmagában mért impedanciájához képest milyen jellegű lesz ez a változás:

Az ábráról kiderül, hogy az önmagában mért hangszóró impedanciához képest (piros görbe) az RC taggal kiegészített hangszóró eredő impedanciája (fekete görbe) magasabb lesz és a használati tartományban (kb. 2kHz-20kHz között) ereszkedő jellegűvé válik. Az elektromos fázismenet is viszonylag egyenletes, csak 10kHz körül kezd emelkedni és +/-15 fokon belül változik a használati tartományon belül. Szerencsére a plusz RC tag nem rontotta el sem az impedancia sem a fázismenetet, így nem lesz nehéz dolga a magas egységet meghajtó erősítőnek.

Reméljük hamarosan megérkeznek a közép hangszórók is és akkor már dobozba építve fogjuk tovább fejleszteni a monitor hangsugárzónkat. Az aktív váltás is már a tervezés fázisában tart, de konkrét megoldások még természetesen nincsenek, nem is lehetnek a hangszórók mérési eredményei nélkül.

Folyt. köv. ....