Simulujeme v LspCAD

... návod na LspCAD 5.25...

Najdôležitejšou, no často podceňovanou časťou návrhu ozvučnice je jej simulácia. Len vďaka nej totiž získame približnú predstavu o tom, ako sa naša ozvučnica bude s použitým reproduktorom správať. Existuje niekoľko programov ktoré dokážu s návrhom pomôcť, niektoré z parametrov priamo určia objem. To je ale často nepoužiteľné, hlavne ak je výsledok prakticky nerealizovateľný.
Preto je rozhodne lepšie použiť simulačný software, ktorého výstupy reprezentuje séria grafov.
Používanými programami sú WinISD a LspCAD. Ja osobne používam druhý menovaný, preto opíšem prácu práve v tom.
Najnovšia verzia je 6, no tá pracuje výlučne s ekvivalentnými schémami, na začiatok je teda jednoduchšie použiť LspCAD 5.25.
Na začiatok je dôležité rozhodnúť sa, aký typ ozvučnice vybrať.
Ak je Qts reproduktora menšie ako 0,5, skúsime bassreflex, ak väčšie, uzavretú ozvučnicu.

Spustíme si teda LspCAD a v ponuke File vyberieme New a následne typ ozvučnice, napr. Bass reflex. Program následne otvorí dialógový box s ponukou pre výber uložených parametrov. Ak teda máme parametre reproduktora s ktorým chceme simulovať uložené v súbore, vyberieme ho tu, ak nie, dialógový box zatvoríme.
Nový súbor s parametrami vytvoríme tak, že klikneme na Driver unit a tam na Edit / create... Otvorí sa nám dialógový box s kolónkami pre jednotlivé parametre. Pre prehľadnosť zadáme názov výrobcu do Manufacturer a typ reproduktora do kolónky Model. Zadáme parametre Re, Le, fs, Qms, Qes, Qts, Mms, Cms, Vas, Sd a Bl. Ak máme zaškrtnuté políčko crosscalc, program bude dopočítavať niektoré z nezadaných parametrov, ak nie (čo ja osobne preferujem), nezadané parametre dopočítame kliknutím na Calc. missing fields. , Xmax, Airgap height a Voicecoil height k samotnej simulácii potrebné nie sú, pomôžu ale s určením výkonových limitov.


Ak máme zadané všetky potrebné parametre, uložíme ich do súboru pre možnosť budúceho využitia a box zavrieme.

V okne programu máme teraz (v prípade bassreflexovej ozvučnice) vytvorené ďalšie okná, v ktorých sú jednotlivé grafy, ktoré budeme používať.
Najpodstatnejším oknom je zrejme Half Space (2pi) SPL at 1m distance a teda v preklade polpriestorová SPL vo vzdialenosti 1m. Tu máme znázornenú závislosť akustického tlaku od frekvencie. Ďalším podobným oknom je SPL in Room & Cabinet. Ten ale zahŕňa aj vplyv miestnosti / ozvučnice, ktoré sme si zadefinovali po kliknutí na Room & Cabinet v hlavnom menu.
Túto charakteristiku sa snažíme zvoliť si podľa svojich predstáv, pre HiFi teda čo najlineárnejšie.


Nelinearity z Half Space charakteristiky odstránime zmenou ladenia, a teda objemom a rozmermi bassreflexu. To si vyžaduje skúšať a hrať sa s tým, postupne sa dá prísť na to, ako riešiť ktorý problém v charakteristike.
Ďalším dôležitým faktorom je skupinové oneskorenie - Group Delay. Tento graf znázorňuje, koľko trvá sústave reproduktor + ozvučnica dostať signál z vstupu na výstup. Toto oneskorenie je samozrejme závislé od frekvencie a súvisí s ladením ozvučnice a s výslednou fázou. Snažíme sa ho samozrejme udržať čo najnižšie, pre uzavreté ozvučnice je bežná hodnota okolo 5ms v maxime, pre bassreflex 15ms v maxime.


Oneskorenie je najvyššie v oblasti frekvencie, na ktorú je ozvučnica ladená. Ak je teda skupinové oneskorenie príliš vysoké, je opäť potrebné zmeniť ladenie ozvučnice. Znížiť sa dá zmenšením pracovného objemu alebo vyšším ladením. Obzvlášť vysoké vychádza skupinové oneskorenie ak sa snažíme dosiahnuť lineárnu charakteristiku s reproduktorom, ktorý má vysoké Qts.

Graf s podobným významom - Impulse response zas znázorňuje odpoveď systému na jednotkový impulz. Tu sa snažíme dosiahnuť čo najrýchlejšie ustálenie systému do nuly (kľudového stavu)

Z hľadiska zaťažiteľnosti reproduktora je dôležité sledovať aj Cone Excursion - výchylku membrány. Podľa tej vieme usúdiť, v akom frekvenčnom rozsahu je rozumné používať reproduktor pri zvolenom príkone. Hlavne u bassreflexu totiž pod frekvenciou ladenia výchylka prudko narastá, čo by mohlo spôsobiť poškodenie formera či zavesenia. Preto je potrebné udržať výchylku vrámci limitu Xdmg (maximálnej mechanickej výchylky). Nad Xmax zas môžeme rátať so zvýšenou mierou skreslenia.

Pokúsiť sa hýbať s týmto grafom nemá význam, je ale dobré sa ním orientovať pri voľbe subsonického filtra. Priebeh sledujeme samozrejme pri najvyššom príkone, pri ktorom bude reproduktor používaný.

U bassreflexu je taktiež dôležitý graf rýchlosti vzduchu v nátrubku - Airspeed in port. Aby sme zamedzili nežiadúcim turbulenciám v okolí bassreflexu, rýchlosť by nemala presahovať 15-20ms pri najvyšších príkonoch.

Ak je rýchlosť vzduchu privysoká, je nutné zvýšiť plochu prierezu bassreflexového nátrubku resp. štrbiny.

Ako teda postupovať pri volení správneho objemu? Najprv si nastavíme niektoré z parametrov v General v hlavnom menu.

Zvolíme si teda frekvenčný rozsah podľa účelu na ktorý ozvučnica bude. Pre subwoofer môžme teda zvoliť spodnú hranicu na 10 alebo 20Hz a vrchnú na 200 až 500Hz. Ďalej môžeme zvoliť príkon do reproduktora a to buď tým že zvolíme napätie, alebo samotný príkon do 8Ohm. Ak teda nastavíme 1000W do 8Ohm, bude to 2000W do 4Ohm a 4000W do 2Ohm. Taktiež si môžme zvoliť rozsahy niektorých z iných grafov.

Pre samotnú podstatu našej simulácie klikneme na Box/Filter/EQ, kde zvolíme Box, resp. to isté dosiahneme kliknutím na ikonku pod hlavným menu. Tu si nastavíme Ql, Qa a Fill podľa našej ozvučnice, kde Fill reprezentuje koľko z objemu je zaplneného tlmiacim materiálom. S narastajúcim percentom nám klesá Qa.

Fill (%)Qa
015-30
507
1003

Ql zas reprezentuje straty vzniknuté nechcenými únikmi z ozvučnice, bežné hodnoty sú podľa Helpu k programu 5-20.
Zvolíme si tiež prierez, resp. priemer bassreflexového nátrubku a to s ohľadom na priemer membrány reproduktora a maximálny príkon.
Pre vhodné naladenie teraz budeme meniť objem podľa priestorových možností a súčasne s ním sa snažíme udržiavať tú najvhodnejšiu dĺžku bassreflexového nátrubku a teda správne naladenie celej ozvučnice. Máme možnosť simulovať aj vplyv vysokej rýchlosti vzduchu v nátrubku tým, že zaškrtneme Sim. port nonlinearity. Program vie tiež priamo určiť vhodný objem podľa určených vzorcov a závislostí pre jednotlivé typy ozvučníc a to buď kliknutím na Quick box alebo na Table lookup... po zvolení požadovaného Q parametra.
Pri zmene týchto parametrov sa snažíme udržiavať sledované charakteristiky v rámci požadovaných hraníc.

Tento postup bol viacmenej pre bassreflexovú ozvučnicu, pre uzavretú ale postupujeme podobne s vynechaním všetkého čo sa týkalo bassreflexového nátrubku, návrh je teda o niečo jednoduchší. V tomto prípade totiž ide iba o zvolenie vhodného objemu.

V prípade ozvučnice s pasívnym žiaričom (Passive radiator) je postup podobný ako v prípade bassreflexu, no namiesto bassreflexového nátrubku tu máme pasívnu membránu a teda nesledujeme rýchlosť vzduchu v nátrubku ale výchylku pasívnej membrány a nemeníme dĺžku nátrubku, ale pridanú hmotnosť na pasívnu membránu.

Základom je teda poznať parametre pasívu - Vap, Sd, Qmp a Mmp. Tie zodpovedajú parametrom aktívneho meniča, Vap je ekvivalentný objem a teda súvisí s poddajnosťou zavesenia (Cms) a Sd, čo je plocha membrány a Qmp je mechanický Q faktor pasívneho žiariča. Parameter Mmp reprezentuje kmitajúcu hmotnosť. Tento parameter teda meníme vrámci ladenia. Program nám následne vypočíta rezonančnú frekvenciu žiariča mimo ozvučnice Fp a v ozvučnici Fb.

O niečo náročnejšia je simulácia ozvučnice typu pásmový priepust - Bandpass. V tomto prípade máme dva pracovné objemy a poprípade aj dva nátrubky. Je teda nutné sa so simuláciou viac hrať.

Program ponúka možnosť dať do simulácie aj vplyv filtra, to tu ale popisovať nebudem, kto chce, poradí si s tým

Tento článok by mal byť akýmsi načrtnutím problematiky simulácie ozvučnice pre snaživých, nie podrobný návod pre lenivých, viac informácií teda poskytovať nebudem, žiaden podrobnejší návod teda nečakajte a na rady sa nepýtajte.