Houd afstand!
Hoe spoelen in crossovers elkaar kleuren
Wat was dat ook alweer met die smoorspoelen?
Ze bestaan uit geëmailleerd, gewikkeld koperdraad en verminderen de wisselstroom die er doorheen loopt naarmate de toonhoogte of frequentie toeneemt. Ze danken hun vermogen om boventonen min of meer te blokkeren aan magnetisme. Elke elektrische geleider, ook koperdraad, genereert een magnetisch veld om zich heen wanneer er een elektrische stroom doorheen loopt. En het is precies dit magnetische veld dat tegenspanningen in de geleider induceert, die gestaag toenemen naarmate de frequentie van de wisselstroom toeneemt.
Maar nu komen de "kleine lettertjes": het magnetische veld dat door een spoel wordt gegenereerd, bereikt ook naburige spoelen, waarin het wisselspanningen induceert. Tijdens het afspelen van muziek zendt elke spoel van het wisselfilter dus signalen uit naar andere spoelen in de buurt, wat het geluid van luidsprekers kan beïnvloeden. Er werd een experimentele opstelling ontworpen om een eerste indruk te krijgen of deze externe inductie hoorbaar of verwaarloosbaar is.
Een
toongenerator was de signaalbron en een versterker stuurde de sinusvormige tonen met één tot twee watt door een spoel met een stroomopwaartse belastingsweerstand. De spoel diende als het ware als zender en een tweede werd vlakbij geplaatst als ontvanger. De uiteinden van de draden werden verbonden met de positieve en negatieve aansluitingen van een luidspreker. Het is moeilijk te geloven hoe duidelijk de sinusvormige tonen door de luidspreker tot in de hoge tonen te horen waren - en dat zonder enige elektrische verbinding tussen de versterker en de ontvanger.
Dit experiment toonde aan dat de onderlinge invloed van de spoelen op een scheidingsfilter zeker niet onbeduidend is. Maar wat te doen?
Trial and error heeft veel zin
Veranderingen aan de spoelposities lieten zien dat de mate van interferentie voornamelijk afhangt van twee factoren die kunnen worden gecontroleerd: de afstand tussen de spoelen en hun geometrische uitlijning. En om nauwelijks hoorbaar te zijn bleek een inductiespanning van een duizendste van de oorspronkelijke versterkerspanning geschikt, wat overeenkomt met een signaal-ruisverhouding van 60 decibel. Met andere woorden: als de versterker 10 volt naar de zendspoel stuurt, mag er niet meer dan 10 millivolt meetbaar zijn op de ontvangstspoel. De volgende stap was om uit te proberen hoe we de spoelen zo konden plaatsen dat ze elkaar met rust zouden laten. Hiervoor verving een millivoltmeter de luidspreker in bovenstaande figuur, en in eerste instantie dienden twee verschillende inductanties als testobjecten: de verschillende spoeltypen die verkrijgbaar zijn bij Intertechnik met 4,7 mH als zender en een luchtspoel met 0,47 milliHenry als ontvanger. Beide zijn typische inductanties voor luidsprekers met een impedantie van 8 Ohm - de grote voor woofers, de kleine voor midrange en tweeters.
In principe is de omgekeerde rolverdeling ook denkbaar, d.w.z. een kleine spoel als zender en een grote als ontvanger. In de praktijk komt dit echter maar zelden voor, omdat de hoogste stromen meestal door de grote spoelen voor woofers vloeien. Het volgende diagram laat zien hoeveel elektrische energie de afzonderlijke luidsprekertakken van een drieweg luidspreker bereiken.
Als er een scheidingsfilter wordt gebruikt bij 400 Hz en 3,5 kHz, ontvangt de woofer tijdens het afspelen van muziek gemiddeld ongeveer 56 % van het uitgangsvermogen van de versterker, de middentoner ongeveer 34 % en de tweeter 10 %. De onderliggende rode curve in het diagram is gebaseerd op spectrale analyses van diverse pop-, rock-, jazz- en klassieke opnames.
De vermogensverdeling van roze ruis of IEC- en DIN-ruis dient hier alleen als vergelijking, aangezien deze soorten ruis bij sommigen bekend kunnen zijn.
Zwerfveld en inductantie
De experimenten toonden aan dat de gevoeligheid van een (ontvanger)spoel voor extern geïnduceerde stoorspanningen toeneemt met zijn inductantie. Zelfs bij optimale plaatsing of uitlijning is vaak een afstand van 20 mm of meer tussen naburige spoelen nodig om stoorsignalen tot -60 dB te reduceren. Dit is vooral belangrijk voor inducties in het middenbereik wat betreft geluid, vooral omdat wooferspoelen ook midden- en hogere frequentiesignalen verstrooien, die ze door hun inductantie grotendeels verhinderen de woofer zelf te bereiken.
De tests lieten de volgende correlaties zien: met een verdubbeling van de inductie van de zendspoel (10 mH in plaats van 4,7 mH) werd de minimumafstand die in de volgende tabellen wordt gespecificeerd met ongeveer 30% verminderd. Met slechts de helft van de inductie van de zendspoel nam de minimumafstand daarentegen met ongeveer 50% toe ten opzichte van de waarden in de tabel.
Het tegenovergestelde gold voor de ontvangstspoelen: als hun inductie werd verdubbeld van 0,47 mH tot 1,0 mH, was een afstand vereist die ongeveer 50% groter was dan die van de zenderspoel. Aan de andere kant, als de inductie van de ontvangstspoel slechts gehalveerd werd, kon de afstand tot de zenderspoel ongeveer 30% kleiner zijn dan in de volgende tabellen is aangegeven.
Hier zijn de minimale afstanden die werden bepaald met de hierboven beschreven testopstelling, te beginnen met ronde of rolvormige spoelen.
Rolvormige spoel in pos. X A1 tot A3: Uitlijning van de ontvangerspoel ten opzichte van de zendspoel .
A1 A2A3
| Pos.X | Zenderspoel | A1 Uitlijning LU32/26 | A2 Uitlijning LU32/26 | A3 Uitlijning LU32/26 |
| 1 | HQS 32/26 | 37 | 10 | 0 |
| 2 | COT 92/39 | 50 | 15 | 0 |
| 3 | DR 56/35 | 63 | 15 | 0 |
| 4 | HQP 56/35 | 55 | 20 | 0 |
| 5 | HQP 62/47 | 63 | 28 | 0 |
| 6 | HQ 58/46 | 67 | 36 | 0 |
| 7 | HQ 43/45 | 65 | 37 | 0 |
| 8 | DR 56/61 | 75 | 58 | 0 |
| 9 | TOT 10 | 5 | 38 | 5 |
| 10 | LU 92/39 | 41 | 6 | 0 |
| 11 | LU 120/55 | 43 | 18 | 0 |
Minimum afstand tussen de spoelen in millimeters voor -60dB stoorspanning.
Pos. X : Positie of oriëntatie van de zenderspoel met 4,7 mH
A1, A2, A3 : Uitlijning van de ontvangerspoel (0,47 mH, LU32/26) ten opzichte van de aangrenzende zendspoel.
Spoelen waarvan de aanduiding begint met HQ, DR of P hebben ferrietkernen van verschillende typen, COT staat voor een Corrobar-poederbatterij, TO voor een spoel met een ringkern en LU voor luchtspoelen. Luchtspoelen zonder magnetiseerbare materialen in de buurt van hun wikkelingen (zie items 10 en 11 in de tabel) genereren een even sterk magnetisch strooiveld om zich heen als kernspoelen, en beide varianten vereisen een vergelijkbare afstand tot hun collega's op de wisselaar. De wikkelrichting van de koperdraad van naburige spoelen heeft hier de grootste invloed: als deze voor beide gelijk is, zoals in geval A1, moeten de spoelen een grote afstand houden, terwijl als de wikkelingen loodrecht op elkaar staan, zoals in A3, de spoelen zelfs dicht bij elkaar kunnen komen zonder elkaar te storen. De ringkernspoel TO 10 (zie item 9 in de tabel) lijkt hier een beetje uit de pas te lopen, wat komt door de speciale draadwikkeling rond de ringkern.
Wat zijn de minimale afstanden wanneer de positie van de zendspoel wordt gewijzigd?
Rolspoel in pos. Y A1 tot A3: Uitlijning van de ontvangerspoel ten opzichte van de zendspoel.
A1A2A3
| Pos.Y | Zenderspoel | A1 Uitlijning LU32/26 | A2 Uitlijning LU32/26 |
A3 Uitlijning LU32/26 |
|
1 |
HQS 32/26 | 16 | 64 | 0 |
| 2 | COT 92/39 | 55 | 95 | 3 |
| 3 | DR 56/35 | 45 | 105 | 0 |
| 4 | HQP 56/35 | 40 | 90 | 0 |
| 5 | HQP 62/47 | 43 | 97 | 7 |
| 6 | HQ 58/46 | 48 | 107 | 0 |
| 7 | HQ 43/45 | 36 | 100 | 0 |
| 8 | DR 56/61 | 50 | 105 | 0 |
| 9 | TOT 10 | 13 | 13 | 10 |
| 10 | LU 92/39 | 56 | 90 | 0 |
| 11 | LU 120/55 | 60 | 100 | 0 |
Minimale afstand tussen de spoelen in millimeters voor -60dB stoorspanning.
Pos. X: Positie of oriëntatie van de zenderspoel met 4,7 mH
A1, A2, A3: Uitlijning van de ontvangstspoel (0,47 mH, LU32/26) ten opzichte van de aangrenzende zendspoel.
Als de positie van de zenderspoel wordt veranderd, geldt ook hier: Als de wikkelrichting van de zender- en ontvangerspoelen hetzelfde is, zoals dit keer het geval is met A2, is een zeer grote afstand vereist zodat ze elkaar niet hoorbaar beïnvloeden. Alleen als hun wikkelingen loodrecht op elkaar staan, zoals het geval is bij A3, kunnen de spoelen vrij dicht bij elkaar komen. De ringkern spoel Torobar TO 10 (item 9 in de tabel) is weer een uitzondering vanwege zijn speciale draadwikkeling rond de ringkern.
Niet alle smoorspoelen zijn rond of rolvormig. En vooral die met een magnetiseerbare kern van transformator- of plaatijzer bleken wat betreft hun verstrooiing wat eigenaardig te zijn, zoals de volgende meetgegevens laten zien.
Transformator en spoel met I-kern als zender A1 tot A3: Uitlijning van de ontvangstspoel
op de zenderspoel
Pos. X
Pos. Y
A1A2A3
Item Z
| Pos.X | Zenderspoel | A1 Uitlijning | A2 Uitlijning | A3 Uitlijning |
| 1 | I 78 | 5 | 85 | 3 |
| 2 | I 96 | 16 | 90 | 3 |
| 3 | I 130 | 34 | 105 | 0 |
| 4 | I 150 | 40 | 110 | 5 |
| 5 | FE 96 | 20 | 20 | 0 |
| 6 | FE 130 28 | 19 | 0 | 0 |
| Pos.Y | Zenderspoel | A1 Uitlijning | A2 Uitlijning | A3 Uitlijning |
| 1 | I 78 | 5 | 63 | 63 |
| 2 | I 96 | 7 | 77 | 5 |
| 3 | I 130 | 20 | 90 | 5 |
| 4 | I 150 | 29 | 98 | 5 |
| 5 | FE 96 | 0 | 33 | 25 |
| 6 | FE 130 | 0 | 0 | 35 |
| Pos.Z | Zenderspoel | A1 Uitlijning | A2 Uitlijning | A3 Uitlijning |
| 1 | I 78 | 0 | 0 | 72 |
| 2 | I 96 | 0 | 0 | 81 |
| 3 | I 130 | 0 | 8 | 90 |
| 4 | I 150 | 0 | 3 | 92 |
| 5 | FE 96 | 10 | 50 | 5 |
| 6 | FE 130 | 18 | 60 | 0 |
Minimum afstand tussen de spoelen in millimeters voor - 60dB stoorspanning.
Pos. X tot Z : Positie van de zenderspoel met 4,7 mH
A1, A2, A3 : Uitlijning van de ontvangstspoel (0,47 mH, LU 32/26) ten opzichte van de zenderspoel.
De "I" in de spoelaanduidingen staat voor een staafvormige kern gemaakt van transformatorplaatmetaal, de "FE" voor standaard transformatorkernen in de vorm van de letter E
Dat klopt:
De illustraties hieronder tonen de beste manier om spoelen op crossovers te plaatsen om onderlinge interferentie te minimaliseren. Van bovenaf gezien.
Rolvormige spoel Rolvormige spoel
Wikkelrichting
Naburige spoelen hebben de minste invloed op elkaar als hun wikkelingen loodrecht op elkaar staan. De blauwe pijlen geven de wikkelrichting aan.
Transformator en wikkelspoel I-kern en wikkelspoel
De wikkelrichting van spoelen met transformator of I-kern moet ook loodrecht staan op die van de naburige spoel.
Indien mogelijk niet op deze manier!
Zender DR56/61 Ontvanger HQ40/30
met 4,7mHmet 2,7mH
268 mm
De invloed bleek verbazingwekkend groot wanneer de ontvangstspoel (HQ 40/30 in dit geval) ook een hoge inductantie had en beide spoelen vrijwel kop aan kop waren geplaatst. Een afstand van ongeveer 27 cm was nodig voor -60 dB stoorspanning!
Conclusie
Als er wisselstroom vloeit, sturen de smoorspoelen die nodig zijn voor luidsprekers magnetische energie naar de andere spoelen van het wisselfilter en wekken daar wisselspanningen op, die het geluid van de luidspreker kunnen verstoren. Deze vervelende eigenschap is min of meer inherent aan alle soorten spoelen, of ze nu een magnetiseerbare kern hebben of niet.
Het negatieve effect van dit effect kan echter aanzienlijk worden verminderd door de afzonderlijke spoelen zo te plaatsen en uit te lijnen dat hun wikkelrichtingen loodrecht op elkaar staan en door spoelen in twijfelgevallen enkele centimeters uit elkaar te plaatsen.
Maar wat voor twijfelgevallen worden bedoeld?
Als er bijvoorbeeld meerdere grote spoelen worden gebruikt in het lage frequentiebereik, die alleen al door hun afmetingen een optimale plaatsing en uitlijning op de crossover-printplaat bemoeilijken, is dit zo'n twijfelgeval. De sterke magnetische velden van dicht bij elkaar gelegen wooferspoelen kunnen elkaar zelfs moduleren, wat dan leidt tot zeer eigenaardige stoorgeluiden.
En grotere inducties (1,0 mH en meer) in de middentoner zijn waarschijnlijk bijzonder gevoelig voor interferentie van wooferspoelen omdat de gevoeligheid van de ontvangstspoelen toeneemt met hun inductie. Bovendien bevat de dispersie van zelfs grote inductanties niet alleen lage frequenties, zoals je zou denken, maar bijna het hele hoorbare spectrum.
Spoelen in de tweeter-tak zullen daarentegen gevoeliger reageren op de seriespoelen voor midrange drivers dan op de grote inducties voor het lage tonenbereik. Tenminste als ze zijn uitgelijnd met de grote collega's zoals hierboven aanbevolen. Dit komt omdat hoe groter de inductantie van de zendspoel en hoe kleiner die van de ontvangstspoel, hoe lager het elektromagnetische verstrooiingseffect.
Als de afmetingen van de crossover-printplaat niet voldoende afstand tussen de spoelen toestaan, worden aparte printplaten aanbevolen, bijvoorbeeld één voor de lage tonen en een tweede voor de middentonen en hoge tonen.
Berndt Stark
