Hangszóróvezetékek méretezése
Rövid útmutató hangszóróvezetékek-hangsugárzókábelek méretezéshez és az alapvető összefüggésekhez.
▶ Mikor érdemes kábelt használni vezeték helyett?
▶ Vezeték-keresztmetszet meghatározása
▶ Áramterhelés
▶ Induktivitás és csillapítás
Mikor érdemes kábelt használni vezeték helyett?
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.
(néha előfordul, hogy a közönséges rézvezetékeket is oxigénmentes rézként reklámozzák. Az OFC jelzés csak akkor hiteles, ha a gyártó/forgalmazó 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)
- Zenével egy decibel különbség éppen hallható.
- Habár az erősítők kimeneti ellenállása (és a vele kapcsolatos damping factor) frekvenciafüggő érték, 100 mΩ egy jó közelítésnek vehető. AB osztályú félvezetős végfokok (házimozi, sztereó erősítők) kimeneti ellenállása 10 kHz környékén 70 mΩ - 130 mΩ.
- Rugós csatlakozókba 2 mm2-nél nagyob keresztmetszetű vezetéket nehéz bekötni.
- Aminek nincs értelme: kettős kábelezés ('bi-wiring'), ezüstvezeték, kábelek bejáratása, különleges fonású, szövésű, kristályszerkezetű vezetékek használata, felszentelés...
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.
- 4 Ohm-os hangsugárzók 'érzékenyebbek' a kábelek ellenállására, induktivitására és a végfokok kimeneti ellenállására, mint 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 szigetelésű kábeleknél 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:
- Feszültségesésre történő méretezésnek köszönhetően áramterheléssel külön nem kell foglalkozni. Kivétel: nagy teljesítményű rendszerek, főleg olyanok, ahol a vezetékek hossza pár méter.
- A teljesítményszámítás folyamatos szinuszjelre vonatkozik. Ezenkívül figyelembe vettem, hogy egy 100 Watt-os névleges teljesítményű erősítő teljes torzításnál 200 Watt teljesítményt is leadhat (ha bírja a tápegység). Tehát a táblázatban szereplő teljesítmény értékek az áramból (terhelhetőségből) számított teljesítmény fele. Ez a méretezés zenei jelre rengeteg tartalékot biztosít. (Egy zenei dinamikacsúcs teljesítménye nagyjából az amplitúdóhoz tartozó szinuszos teljesítmény negyede.)
- 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).
Látható, hogy nincs értelme kis induktivitású kábeleket használni, főleg 8 Ohm-os rendszereknél.
Megjegyzés: 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.
Bár a megfelelő keresztmetszet alkalmazása fontos, az elérhető javulás sokszor minimális a hangszórók és hangsugárzók átviteli egyenetlensége és a szoba által okozott visszaverődésekhez képest.
További cikkek:
Határértékek SINAD / THD+N mérésekhez
Mintavételezés "élőben": mi történik a jellel mintavételezés közben?
