Του Μιχάλη Μαρμαρά
Στο άρθρο για τα crossover ξεκαθαρίσαμε ότι θα ασχοληθούμε με τα παθητικά crossover. Επίσης αφήσαμε να εννοηθεί ότι όταν μιλάμε για παθητικά crossover, μιλάμε υλοποιήσεις που μπαίνουν (συνδέονται) στο κύκλωμα, μετά τον (τελικό) ενισχυτή, αφού θεωρήσαμε δεδομένο ότι βρίσκονται μέσα στο ηχείο και το μουσικό σήμα πρώτα διέρχεται από το δικτύωμα του crossover και μετά φτάνει στα μεγάφωνα.
Υπάρχει όμως και μια άλλη κατηγορία παθητικών crossover (που στην πραγματικότητα αποτελούνται από ένα φίλτρο) και συνδέονται ΠΡΙΝ τον τελικό ενισχυτή.
Συγκεκριμένα η θέση τους είναι μεταξύ προενισχυτικού και τελικού σταδίου ενίσχυσης ή αν έχετε προ και τελικό μεταξύ των δύο αυτών ή αν έχετε έναν ολοκληρωμένο ενισχυτή με έξοδο προενίσχυσης ΚΑΙ επιπλέον είσοδο για τον τελικό του, μεταξύ αυτών των δύο εξόδων-εισόδων.
Πρόκειται για high pass φίλτρα Α’ τάξης.
Ποια η αξία τους και ο λόγος ύπαρξής τους;
Η απαλλαγή τελικού ενισχυτή και των ηχείων που είναι συνδεδεμένα σε αυτόν, από τις χαμηλές συχνότητες που θα τον ταλαιπωρήσουν, θα τον ζορίσουν, θα τον υπερθερμάνουν και πιθανότατα δεν θα ακουστούν ποτέ (παρότι θα έχουν ενισχυθεί) διότι τα συνδεδεμένα ηχεία δεν μπορούν να τις αναπαραγάγουν σε στάθμες συγκρίσιμες με τις στάθμες που έχουν τη δυνατότητα να επιτύχουν στο υπόλοιπο ηχητικό φάσμα.
Κάτι σαν subsonic δηλαδή, αλλά δεν αφορά κάποια υποηχητική συχνότητα, μα κάποια συχνότητα που βρίσκεται μέσα στο φάσμα των τριών πρώτων οκτάβων.
Αφού λοιπόν πρόκειται για high pass φίλτρα πρώτης τάξης, υλοποιούνται και αυτά με πυκνωτές.
Μόνο που εδώ τα πράγματα είναι πολύ σοβαρά και δεν σηκώνουν τσιφουτιές.
Το σήμα εδώ είναι ασθενές (μερικές εκατοντάδες χιλιοστών του βολτ (mV) ή το πολύ ένα – δύο βολτ) και ότι “βρώμα” προσθέσει ο πυκνωτής μας θα ενισχυθεί από τον τελικό στο πολλαπλάσιο.
Συνεπώς χρειαζόμαστε εξαιρετικής ποιότητας πυκνωτές φιλμ, οι οποίοι αν και θα μετρούν μερικά εκατοστά ή έστω δέκατα του μF, θα είναι αρκετά ογκώδεις για την τάξη του μεγέθους τους.
Τέτοια φίλτρα έχετε συναντήσει (χωρίς να το γνωρίζετε) μέσα στον ενισχυτή AV σας που έχει την επιλογή small / large για τα εμπρός (συνήθως) ηχεία του συστήματος Home Cinema.
Όταν διαλέγετε την επιλογή small στον ενισχυτή σας, αυτόματα ενεργοποιείτε ένα τέτοιο φίλτρο εντός του ενισχυτή, που κόβει κάποιες χαμηλές συχνότητες από το να ενισχυθούν και να κατευθυνθούν προς τα ηχεία.
Φυσικά τέτοια φίλτρα δεν νομίζω ότι θα βρείτε στο εμπόριο και αν θελήσετε να χρησιμοποιήσετε ένα τέτοιο ζευγάρι φίλτρων θα πρέπει να απευθυνθείτε σε κάποιον ηλεκτρονικό να σας τα φτιάξει.
Το μόνο που χρειάζεται να γνωρίζετε είναι η αντίσταση εισόδου του ενισχυτή σας (στις περισσότερες περιπτώσεις 47KΩ, αλλά καλού κακού ρίξτε μια ματιά και στο εγχειρίδιο του ενισχυτή) και η συχνότητα αποκοπής.
Αν πιάνουν τα χέρια σας μπορείτε να φτιάξετε μόνοι σας ένα τέτοιο ζευγάρι high pass φίλτρων α’ τάξης, υπολογίζοντας το μέγεθος των (δύο ίδιων) πυκνωτών που θα χρειαστείτε με την εξής μαθηματική φόρμουλα: fc = 1/2πRC
Όπου fc είναι η συχνότητα αποκοπής εκφρασμένη σε Hz, π είναι η γνωστή μαθηματική σταθερά “πι” (π = 3,14159…) που είναι καθαρός αριθμός, R είναι η τιμή της αντίστασης εισόδου του ενισχυτή εκφρασμένη σε ohm και C είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή εκφρασμένη σε Farad.
Χάριν ευκολίας εμείς εδώ θα γράφουμε f αντί fc.
Ο τύπος αυτός με τη μορφή που έχει [f=1/2πRC] μας έρχεται από τη φυσική και εμείς πρέπει να τον λύσουμε ως προς C διότι όλα τα άλλα τα γνωρίζουμε και το μόνο που θέλουμε να υπολογίσουμε είναι η τιμή του πυκνωτή.
Συνεπώς για εμάς ο τύπος παίρνει τη μορφή C = 1/2πRf.
ΠΡΟΣΟΧΗ: είπαμε ότι το R αντιπροσωπεύει την τιμή της αντίστασης εισόδου του ενισχυτή εκφρασμένη σε Ω, οπότε για ενισχυτή με αντίσταση εισόδου 47kΩ στη θέση του R γράφουμε 47.000.
Είπαμε ακόμη ότι το αποτέλεσμα για το C θα έλθει σε Farad που είναι πολύ μεγάλη μονάδα, ενώ εμάς μας βολεύει το αποτέλεσμα σε μF που είναι το ένα εκατομμυριοστό του F και έτσι για να έχουμε το αποτέλεσμα κατευθείαν σε μF και για να διευκολυνθούμε και στους υπολογισμούς μας πολλαπλασιάζουμε τον αριθμητή του κλάσματος με το ένα εκατομμύριο και έτσι ο τύπος για τους υπολογισμούς μας γίνεται: C = 1.000.000/2πRf
Ας το δούμε με ένα παράδειγμα για να γίνουν όλα περισσότερο κατανοητά.
Θέλουμε να φτιάξουμε ένα παθητικό high pass crossover πρώτης τάξης για τον ενισχυτή μας, ο οποίος όπως μας πληροφορεί ο κατασκευαστής του, έχει ονομαστική αντίσταση εισόδου 47kΩ.
Η συχνότητα μισής ισχύος, δηλαδή η συχνότητα επενέργειας του φίλτρου μας θέλουμε να είναι τα 50Hz. Ξεκινάμε
C = 1.000.000 / 2πRf δηλαδή
C = 1.000.000 / 2 x 3,14 x 47.000 x 50 οπότε
C = 1.000.000 / 6,28 x 47.000 x 50 και
C = 1.000.000 / 295.160 x 50 και
C = 1.000.000 / 14.758.000 και τελικά
C = 0,0677598.
Άρα οι δύο εξαιρετικής ποιότητας πυκνωτές που θα χρειαστούμε θα είναι 0,068μF και επειδή όπως υποψιάζεστε σε αυτό το στάδιο το σήμα το πολύ να είναι μερικά βολτ, δεν χρειάζεται η αντοχή των πυκνωτών αυτών να είναι παραπάνω από 25 άντε 50V DC (αν και συνήθως είναι πολλά βολτ 250/400/630 ή και παραπάνω), η ανοχή τους όμως καλό είναι να είναι όσο πιο μικρή γίνεται, μικρότερη από 10% ή και 5% ή 3% και όχι η συνήθης 20%.
Αν τα ηχεία μας είναι αρκετά μικρά ηχεία βιβλιοθήκης θα ανέβουμε σε συχνότητα π.χ. στα 80Hz και με τους ίδιου υπολογισμούς θα καταλήγαμε ότι χρειαζόμαστε δύο πυκνωτές 0,043μF και αν είναι ακόμη μικρότερα και πάμε στα 100Hz δύο πυκνωτές 0,033μF, ενώ αν είναι πιο μεγάλου εσωτερικού όγκου (λ.χ. δαπέδου) και κατεβούμε στα 40Hz, το αποτέλεσμα θα δείξει ότι χρειαζόμαστε δύο πυκνωτές 0,085μF.
(Υπενθύμιση αυτά τα νούμερα για τις συγκεκριμένες συχνότητες, ισχύουν μόνο για ενισχυτές με ονομαστική αντίσταση εισόδου 47kΩ.)
Πως το φτιάχνουμε
(Θα χρειαστείτε κολλητήρι και καλάι)
Παίρνουμε ένα καλώδιο interconnect αξιοπρεπούς ποιότητας με μήκος περίπου μισό μέτρο κατά προτίμηση με διακριτούς αγωγούς αριστερού και δεξιού καναλιού και κόβουμε μόνο τον θετικό καλώδιο σε κάθε αγωγό σε διαφορετικά μήκη.
Για παράδειγμα στους 15 πόντους από την αρχή στο θετικό καλώδιο του αγωγού που καταλήγει στο κόκκινο RCA βύσμα και στου 15 πόντους από το τέλος στο θετικό καλώδιο του αγωγού που καταλήγει στο μαύρο RCA βύσμα και επανενώνουμε τα καλώδια μέσω των πυκνωτών (συνδέουμε δηλαδή σε σειρά τους πυκνωτές).
Σημαντικό: η επαφή πάντα πρέπει να γίνεται απ’ ευθείας: τα συρματάκια του αγωγού με τον ακροδέκτη του πυκνωτή και από πάνω από την επαφή εφαρμόζουμε το καλάι για να σταθεροποιήσουμε την επαφή.
Το καλάι είναι κακός αγωγός του ηλεκτρισμού, δεν πρέπει να γίνεται μέσω αυτού η επαφή, με αυτό σκεπάζουμε την επαφή για την κάνουμε ακράδαντη.
ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΑ
Το ίδιο περίπου αποτέλεσμα (ίσως λιγότερο ποιοτικό) μπορούμε βέβαια να το επιτύχουμε και με ένα κλασσικό παθητικό φίλτρο μετά την έξοδο του ενισχυτή και πριν την είσοδο του ηχείου μόνο που σε αυτή την περίπτωση αν για παράδειγμα τα ηχεία μας έχουν εμπέδηση 8Ω ο πυκνωτής αυτός των 50Hz, πρέπει να έχει χωρητικότητα 400μF και αντοχή σε υψηλό βολτάζ (από 60VDC ή 100VDC και άνω), ενώ αν τα ηχεία μας έχουν εμπέδηση 4Ω, για αποκοπή στους 50 κύκλους απαιτείται πυκνωτής χωρητικότητας 800μF και για αποκοπή στα 85Hz πυκνωτής χωρητικότητας 470μF.
ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑ:
Γνωρίζατε ότι υπάρχει η “Ημέρα του πι”;
Έχει καθιερωθεί να εορτάζεται η “Ημέρα του πι” τη δέκατη τέταρτη Μαρτίου κάθε έτους, διότι γράφοντας με τον αμερικάνικο τρόπο την ημερομηνία αυτή (3/14) έχουμε την τιμή του “πι” στρογγυλοποιημένη στα δύο πρώτα δεκαδικά ψηφία: 3,14.
