Jakosuodin

Sivun sisältöä muutettu viimeksi 9.7.2003.

Yleistä

Jakosuodin on laite, joka pilkkoo taajuusalueita kullekin kaiutinyhdistelmän elementille sopivaksi ja vaimentaa tarvittaessa keski- ja ylä-ääniä. Se koostuu tavallisesti keloista, kondensaattoreista ja vastuksista. Tämä suodin on nimeltään passiivinen jakosuodin. On olemassa toisenlainenkin tyyppi: aktiivisuodin. Se jakaa taajuusalueet kaiuttimille ennen vahvistimia. Aktiivisuotimella on helpompi vaikuttaa äänensävyyn, sillä sen tarjoamien säätöjen avulla jakotaajuutta ja yksittäista voimakkuutta voidaan säätää jatkuvasti. Toisaalta se vaatii niin monta vahvistinta kuin on kaiutinyhdistelmässä elementtejä. Se on siis sangen kallis versio, vaikka itse suodin ei välttämättä monta kymppiä maksaisikaan. Siksipä tällä sivulla keskitytään passiiviseen jakosuotimeen.

Passiivinen jakosuodin

Passiivisen suotimen mitoitus on aina tapauskohtainen, mutta joitakin peruslähtökohtia voidaan antaa. On olemassa erityyppisiä suodinteorioita; muuttuva tekijä on jakojyrkkyys. Se voi olla -6...-24 desibeliä oktaaville laskeva. Jyrkempiäkin suotimia on olemassa, mutta niiden rakenne on jo turhan monimutkainen. Monesti jakosuotimesta puhuttaessa kuulee myös esim. "tämä on ensimmäisen asteen suodin". Suodinasteet ovat kuuden desibelin välein, ensimmäinen aste on siis -6dB/oct, toinen -12dB/oct jne. Jyrkkyys valitaan sen mukaan, kuinka paljon päällekkäiset toistovasteet huonontaisivat aitoa ääntä.

Tiedossani ensimmäisen ja toisen asteen laskukaavat keloille ja kondensaattoreille. Esitänkin ne tässä seuraavaksi. Muistetaan, että elementit kytketään rinnan liitinpaneeliin. Muista myös se, että jakotaajuutta harvemmin kannattaa asettaa samaksi sekä ali- että ylipäästössä, koska useimmiten se saa aikaan voimakkaan korostuksen jakotaajuuden kohdalle. Tämä johtuu useimmiten siitä, että aiotulle jakotaajuudelle tultaessa etenkin bassoelementin impedanssi nousee reilusti yli normaalin "keskiarvon" (4 tai 8 ohmia). Jos suotimen kuitenkin erehtyy suunnittelemaan noiden tasavirtavastusten perusteella, oikea jakotaajuus heittää pahasti, jolloin useat elementit saattavat toistaa samaa äänialuetta. Bassoelementin herkkyys yleensä nousee yläkeskiäänillä piikeittäin, jolloin äänestä tulee ärsyttävä ja suttuinen. Edellä kerrottu ominaisuus tekee kaiuttimien suunnittelusta todella haasteellisen. Periaatteessa parhaimpaan laskennalliseen lopputulokseen pääsee, kun hankkii elementtien impedanssikäyrän, ja laskee jakosuotimen osien arvot sen mukaan. Kun tämä on tehty, pääsee hieman eteenpäin selvittelemään diskantin tason mahdollista vaimennusta, tai jonkun tympeän resonanssipiikin vaimentamista.
 

Rinnan- ja sarjaankytkentä

Kun kytketään kaksi kaiutinelementtiä kuvan osoittamalla tavalla, vahvistimelle näkyvä impedanssi puolittuu.Rinnankytkentä, 2 ktSiis kahdesta 8 ohmin kaiuttimesta tulee neljän ohmin yhdistelmä. Jos käytät rinnankytkentää jossakin muussa tarkoituksessa, yhteiseksi vastukseksi tulee vastuksien käänteislukujen summan käänteisluku (yksinkertaista?). Rinnankytkennässä molempien johdot kytketään erikseen plussaan ja miinukseen aivan kuin yksittäisessäkin. Jos jakosuotimessa kytketään jotakin jonkun elementin rinnalle, ajattele kyseinen komponentti oheisen kuvan toisen elementin tilalle.

Sarjaankytkennässä kahden elementin yhteinen impedanssi kaksinkertaistuu. Käytettäessä tätä kytkentää Sarjaankytkentä, 2 ktsignaali kierrätetään jokaisen kohteen kautta seuraavaan. Jossakin muussa tapauksessa kuin kaiuttimissa, lasketaan molempien vastuksien summa (kaiuttimien on oltava samanlaisia). Jos jakosuotimessa kytketään jotakin elementin kanssa sarjaan, ajattele toisen elementin tilalle kyseinen komponentti.
 

1. asteen suodin

Kelan arvo millihenryinä:
Kelan laskukaava, 2 kt
Kondensaattorin arvo mikrofaradeina:
Kondensaattorin laskukaava, 3 kt
Kela kytketään sarjaan basson + navan kanssa, kondensaattori sarjaan diskantin + napaan.

Seuraavaksi esitän käytännön esimerkin. Toivottu jakotaajuus on noin 2000 hertsiä ja impedanssi 8 ohmia. Kuten jo yllä mainitsin, varsinainen ohmiluku on lähes aina eri kuin tasavirtavastus, mutta tässä tapauksessa annetaan vain käytännön esimerkki laskemisesta.

Basso-osan kela = (160 * 8) / (2000) = 0,64 millihenryä (mH)
Diskanttiosan kondensaattori = 160000 / (8 * 2000) = 10 mikrofaradia (uF)
Mutta koska komponentteja myydään vain tietyillä arvoilla, katsotaan tuoteluottelosta lähimmät: 0,68 mH ja 10 uF. Tällä kertaa hyvin tarkat vastineet löytyivät enempiä kiertelemättä. Joskus pitää tehdä niin, että ostaa kahdenlaiset komponentit ja laittaa ne sarjaan tai rinnan oikean arvon saamiseksi.

2. asteen suodin

Kelan arvo millihenryinä:
Kelan laskukaava, 2 kt
Kondensaattorin arvo mikrofaradeina:
Kondensaattorin laskukaava, 3 kt

Kumpiakin tarvitaan aina yksi yhtä elementtiä kohti. Siis kaksi komponenttia per elementti. Bassolle menevään + napaan laitetaan yksi kela sarjaan ja yksi kondensaattori rinnan elementin kanssa. Konkka liitetään + napaan kelan ja elementin väliin. Diskantille muuten samalla tavalla, mutta kondensaattorit ja kelat vaihtavat paikkaa keskenään.

Esimerkki (Jakotaajuus on noin 2000 hertsiä ja impedanssi (tässä tapauksessa tasavirtavastus) 8 ohmia.)

Basso-osan kela = (225 * 8) / 2000 = 0,9 mH
Basso-osan kondensaattori = 112500 / (8 * 2000 ) = ~ 7,0 uF
Diskanttiosan kela = (225 * 8) / 2000 =  0,9 mH
Diskanttiosan kondensaattori = 112500 / (8 * 2000 ) = ~ 7,0 uF
Painotan vielä kerran, että juuri näin laskettuna lopputulos ei tule olemaan paras mahdollinen, sillä etenkin bassoelementin impedanssi keskitaajuuksilla kasvaa monikertaiseksi ilmoitetusta.

Diskantin vaimennus

Kahdella vastuksella voidaan vaimentaa diskantin toistoa useita desibelejä. On olemassa myös potentiometreja, joiden avulla diskantin vaimennusta voi säätää esim. nollan ja -16 desibelin välillä.  Mielestäni alle kahden desibelin vaimennuksella ei ole niin isoa merkitystä, että sen takia vastuksien kanssa kannattaisi alkaa vehkeilemään. Siksi tässä on neljän, kuuden ja kahdeksan desibelin vaimennusta vastaavien vastusten arvot. Vastusten tehonkestoksi voi valita kotikäytössä esim. 5 wattia, jos kyseessä on diskantin vaimennus. Ammattipuolella 10 tai 20 watin vastukset ovat sopivia. Suurilla tehoilla pelattaessa keskiääniä ja bassoja ei ole järkeä alkaa vaimentamaan passiivisilla komponenteilla, vaan linjatasoinen ekvalisaattori on lopulta jopa halvempi ratkaisu.

Johdotus, 2 ktKahdeksan ohmin mukaan: Neljän desibelin vaimennusta haluttaessa R1:n pitää olla 2,7 ohmia ja R2:n 15 ohmia. Vastusten tehonkestoksi voi valita viiden ja kahden kymmenen watin väliltä. Viisi on useimmiten ihan riittävä. Kuuden desibein vaimennusta etsittäessä R1:n arvoksi tulee 3,9 ohmia ja R2:n 8,2 ohmia. Kahdeksan desibelin vastaavat luvut ovat 4,7 ja 5,6 ohmia.

Neljän ohmin mukaan: Neljän desibelin vaimennusta haluttaessa R1:n pitää olla 1,5 ohmia ja R2:n 6,8 ohmia. Tehonkestoksi voi valita vapaasti viiden ja kahden kymmenen watin väliltä. Viisi on useimmiten ihan riittävä. Kuuden desibelin vaimennusta etsittäessä R1:n arvoksi tulee 2,2 ohmia ja R2:n 3,9 ohmia. Kahdeksan desibelin vastaavat luvut ovat 2,7 ja 2,7 ohmia.

Ylikuormitussuojaus

Joskus on ihan hyvä varustaa kaiuttimet ja pelkästään diskantit ylikuormitussuojilla. Itse suosittelen suojiksi eräänlaisia termostaatteja. Ne eivät vaikuta ääneen mitenkään, mutta kun tehopiikki tulee, piiri avautuu ja kaiutin säästyy hajoamiselta. Näiden automaattisulakkeiden koko on hyvin pieni, eikä hintakaan päätä huimaa. Yhden sellaisen saa parilla eurolla. Nämä ovat huolettomia, eikä näitä tarvitse vaihtaa yhtä usein (ainakaan silloin, kun oikea koko on itse arvioitu). Tämä laite kytketään vain plus-johtoon ja sillä selvä. Toinen, yleisempi suojaustapa on pieni hehkulamppu, jonka vastus nousee sähkövirran kasvaessa. Se pitää myös ottaa huomioon suodinta suunniteltaessa.

  60 watin maksimiteholle 8 ohmiin sopii 0,85 A versio.
100 watin maksimiteholle 8 ohmiin sopii 1,0   A versio.
170 watin maksimiteholle 8 ohmiin sopii 1,25 A versio.
250 watin maksimiteholle 8 ohmiin sopii 1,4   A versio.
400 watin maksimiteholle 8 ohmiin sopii 1,75 A versio.
500 watin maksimiteholle 8 ohmiin sopii 2,0   A versio.

Neljän ohmin kaiuttimille teho puolitetaan. Jos joku ihmettelee, miksi ampeerilukemat ovat niin pienet, seuraavassa selvennys: Ilmoitetulla teholla sulake kestää pari tuntia ennen laukeamista, 200 %:n  teholla reaktioaika on muutama minuutti ja 300 %:n teholla muutama sekunti jne. Tämä on siis jo valmiiksi huomioitu edellisessä taulukossa (ja kokeellisesti todistettu :-)

[< takaisin ]

Rami Aikio
1999 - 2004
ramiaik@luukku.com