Hangszóróvezetékek méretezése
2019.04.29.
Rövid útmutató hangszóróvezetékek-hangsugárzókábelek méretezéshez és az alapvető összefüggésekhez.
▶ Vezeték vagy kábel?
▶ Vezeték-keresztmetszet meghatározása
▶ Áramterhelés
▶ Induktivitás és csillapítás
Vezeték vagy kábel?
Hangszóróvezeték: szigetelt vezetőpár külső szigetelő köpeny nélkül. Olyan helyen érdemes használni, ahol a vezeték nincsen nagy igénybevételnek kitéve és az erősítő maximális kimenő feszültsége kisebb mint 50 Volt (~300 Watt @ 8 Ohm, kimenetenként). Például otthoni audió rendszereknél.
Hangsugárzókábel: a szigetelt vezetékeken egy külső köpeny is található. Mechanikai (kopó, hajlító, csavaró) hatásokkal szemben ellenállóbb.
Vezeték-keresztmetszet meghatározása
Táblázat ajánlott maximális vezetékhosszakhoz
A hangszóróvezeték méretezés lényege: mekkora keresztmetszetű legyen egy adott hosszúságú hangszóróvezeték adott impedanciájú hangsugárzóval, ha a megengedett csillapítás X decibel (dB)? A méretezéshez használt táblázatok azonban nem keresztmetszeteket, hanem fordítva, a keresztmetszetekhez tartozó maximális vezetékhosszakat adják meg.
Az alábbi táblázat összefoglalja az ajánlott maximális vezetékhosszakat különféle vezető keresztmetszethez, névleges impedanciához és veszteséghez. A végfok kimeneti ellenállása állítható: 0 mΩ (ideális) vagy 100 mΩ (valósághoz közelibb érték).
| Keresztmetszet | Maximális hossz méterben | |||
| [mm2] | 0,3 dB | 0,5 dB | ||
| 4 Ohm | 8 Ohm | 4 Ohm | 8 Ohm | |
| 0,75 | 2,5 | 5 | 4 | 8 |
|---|---|---|---|---|
| 1,5 | 5 | 10 | 8 | 16 |
| 2,5 | 8 | 16 | 12 | 24 |
| 4 | 13 | 26 | 22 | 44 |
| 0,75 | 0,3 | 3 | 2 | 6 |
| 1,5 | 0,5 | 6 | 4 | 12 |
| 2,5 | 1 | 9 | 6 | 21 |
| 4 | 2 | 15 | 10 | 33 |
A méretezés menete egyszerű: először ki kell választani a csillapítás határértékét (0,3 dB vagy 0,5 dB), majd a hangsugárzó névleges impedanciáját (4 Ohm vagy 8 Ohm), ezután a tényleges hosszúsághoz legközelebbi értéket, az eredmény pedig a hosszúsághoz tartozó vezeték keresztmetszete.
Megjegyzések:
- A táblázat réz vezetőjű hangszórókábelekre érvényes. CCA hangszóróvezetékek méretezésénél a keresztmetszet oszlop értékeit meg kell szorozni 1,5-tel és a következő szabványos keresztmetszet értékre felkerekíteni. Azaz egy 1,5 mm2 keresztmetszetű CCA kábel 1 mm2-es réz vezetőjű kábelnek felel meg. (CCA: a vezeték anyaga rézbevonatú alumínium)
- Az oxigénmentes réz (OFC) a közönséges elektromos rézzel (elektrolit rézzel) megegyező elektromos és mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik.
(a legújabb trend, hogy már a közönséges rézvezetékeket is oxigénmentes rézként reklámozzák. Az OFC jelzés csak akkor hiteles, ha a gyártó megadja a vezető réztartalmát százalékban és az minimum 99,95% vagy az OFC kategóriáját. Pl. 99,9% OFC közönséges elektrolit réznek számít és nem oxigénmentes réznek.) - A '4-8 Ohm' jelölésű hangsugárzókat keresztmetszet/kábelhossz számításnál 4 Ohm-os hangsugárzóként célszerű figyelembe venni.
- A táblázatban szereplő maximális hosszértékek a hangszóróvezeték induktivitása nélkül értendő. 4 Ohm-os hangsugárzóknál a hangszóróvezeték induktivitása 7 méter felett válik jelentőssé, 8 Ohm-os hangsugárzóknál pedig 15 méter felett. (lsd. lejebb)
- 0,5 dB csillapítás (átviteli hiba) zenével, hangszerek túlnyomó többségével már nem hallható.
- Ugyan az erősítők kimeneti ellenállása (és a vele kapcsolatos damping factor) frekvenciafüggő érték, a 100 mΩ egy igen jó közelítésnek vehető. AB osztályú félvezetős végfokok (házimozi, sztereó erősítők) kimeneti ellenállása 10 kHz környékén 70 mΩ - 130 mΩ.
- A 0,5 dB-es határérték garancia arra is, hogy egy többutas rendszerben a mély- vagy mélyközép-hangszóró nemlineáris árama nem fogja modulálni a magassugárzó áramát. Azaz a magassugárzó a mélyközéphangszóró áramától függetlenül mindig az erősítő tiszta jelét kapja meg. (tehát a 'bi-wiring'-nek, kettős kábelezésnek nincs értelme)
- Rugós csatlakozókba csak 2 mm2-nél vékonyabb csupasz vezeték köthető be.
Összefüggések:
- Hangsugárzókábelek csillapítása az alábbi 'paraméterek' függvénye:
- a vezeték anyaga (réz vagy rézbevonatú alumínium),
- a kábel hossza,
- a vezető keresztmetszete
- ÉS a hangsugárzó névleges impedanciája. (tehát van egy kábeltől eltérő elem is!) - Nagyobb vezeték keresztmetszet ⇒ kisebb csillapítás.
- Hosszabb kábel ⇒ nagyobb csillapítás.
- Nagyobb névleges impedancia ⇒ kisebb csillapítás.
- A 4 Ohm-os hangsugárzók 'érzékenyebbek' a kábelek ellenállására, induktivitására és a végfokok kimeneti ellenállására, mint a 8 Ohm-os társaik.
Számítások:
csillapítás = 20 · log ( Rhsz / ( Rkábel+Rerősítő+Rhsz ) ) [dB]
Rhsz = 0.8 · Znévleges [Ω]
Rkábel = 2 · ρ · l / A [Ω]
ρ = 17 mΩ·mm2/m (réz fajlagos ellenállása)
Áramterhelés
Otthoni audió rendszerekben a hangszóróvezetékek áramterhelése (vezetékben az áram hatására keletkező hő) nem jelentős. A maximális áramterhelést a környezeti hőmérséklet, a szigetelés típusa (PVC, PE, PUR) és a beépítés jellege határozza meg. PVC kábelnél a vezeték (pontosabban a szigetelés) hőmérséklete nem lépheti túl a 70 ºC fokot.
| Keresztmetszet | Terhelhetőség1 | Max. teljesítmény (Watt)2 | |
| [mm2] | (Amper) | 4 Ohm | 8 Ohm |
| 0,75 | 6 | 70 | 140 |
|---|---|---|---|
| 1 | 10 | 200 | 400 |
| 1,5 | 16 | 500 | 1000 |
| 2,5 | 21 | 800 | 1600 |
1 áram megengedett értéke 30°C-on levegőben a következő kábeltípusra: réz vezetőér, PVC érszigetelés, PVC köpeny
2 erősítő névleges teljesítménye
Megjegyzések:
- A teljesítményszámítást megnehezíti az, hogy egy audió rendszerben a villamos teljesítményt többféleképpen lehet értelmezni. Az erősítők névleges teljesítménye folyamatos szinuszjelre vonatkozik, a hangszórók névleges teljesítménye ún. AES rózsazajra. Minden jelformának más az átlagteljesítmény-csúcsteljesítmény viszonya: például azonos csúcsértékű zenei részlet és szinuszjel közül a zenei jelformának jóval kisebb az átlagteljesítménye (kb. fele-negyede).
- A teljesítményszámítást tovább nehezíti az, hogy a leadott teljesítmény még azonos névleges impedanciájú hangsugárzóknál is némileg eltérő lesz.
- A teljesítményszámítás folyamatos szinuszjelre vonatkozik. Ezenkívül figyelembe vettem, hogy egy 100 Watt-os névleges teljesítményű erősítő teljes torzításnál 200 Watt teljesítményt is leadhat (elméletileg). Tehát a táblázatban szereplő teljesítmény értékek az áramból (terhelhetőségből) számított teljesítmény fele. Ez a méretezés zenei jelre rengeteg tartalékot biztosít.
- CCA hangszóróvezetékre alkalmazható a következő szabály: CCA vezeték megengedett árama a vele megegyező keresztmetszetű rézvezeték terhelhetőségének 80%-a, az átvihető teljesítmény pedig a rézvezetéken átvihető teljesítmény 65%-a.
Induktivitás és csillapítás
Hosszú hangszórókábeleknél a kábel induktivitása a 10 kHz feletti frekvenciák csillapítását okozhatja. A csillapítás mértéke a kábel induktivitásától (azaz a hosszától) és a magassugárzó névleges impedanciájától (pontosabban az impedanciamenetétől) függ.
| Hosszúság | Csillapítás 20 kHz-en (dB) | |
| (méter) | 4 Ohm | 8 Ohm |
| 5 | 0,45 | 0,23 |
|---|---|---|
| 10 | 0,9 | 0,45 |
| 15 | 1,4 | 0,7 |
| 20 | 1,9 | 0,9 |
Rkábel = 0 Ohm
(a táblázat csak az induktivitás csillapítását tartalmazza)
A táblázat kéteres hangszóróvezetékre ill. legtöbb kéteres kábelre érvényes (kéteres hangszóróvezetékek, kábelek fajlagos induktivitása: 600 nanoHenry/méter - 700 nanoHenry/méter). Nem érvényes koaxiális, star quad, fonott CAT5, szalag stb. kábelekre.
Szerencsére az azonos névleges impedanciájú magassugárzók impedanciagörbéje 10 kHz és 20 kHz között hasonló viselkedésű, tehát az azonos hosszúságú hangszóróvezetékek csillapítása is hasonlóan alakul. Az eltérés két 8 Ohm-os 25 mm-es dómsugárzó között 10 méter alatt gyakorlatilag nulla, 20 méteren pedig 0,1 dB.
A táblázatból látható, hogy nincs értelme kis induktivitású kábelekkel vesződni, főleg 8 Ohm-os rendszereknél.
Bár a megfelelő keresztmetszet alkalmazása fontos, az elérhető javulás sokszor minimális a hangszórók és hangsugárzók átviteli egyenetlensége és a szoba által okozott visszaverődésekhez képest.
Horváth Csaba
