Needle: legendárny štíhly stĺp so širokopásmovým meničom, výpočet a meranie

Needle je jedna z najznámejších DIY reprobední so širokopásmovým meničom. Štíhly stĺp s jediným 10-centimetrovým meničom, ktorý hrá prekvapivo veľkým zvukom. Mám ju postavenú a v Loudsmithe je ako hotová predloha. V tomto článku porovnám, čo o nej hovorí pôvodný návrh, čo vypočíta Loudsmith a čo ukáže meranie.

Needle v skratke

• Menič: Dayton Audio RS100-4, 4" širokopásmový, 4 Ω
• Skriňa: TQWT, línia so zväčšujúcim sa prierezom
• Rozmery: 160 × 950 × 196 mm (š × v × h)
• Línia: dĺžka 1 746 mm, prierez 46 → 130 cm²
• Výstup: 25 × 110 mm vpredu dole
• Korekcia: 2,7 Ω ∥ 0,18 mH ∥ 22 µF v sérii s meničom

Odkiaľ Needle pochádza

Pôvodný návrh nakreslil konštruktér známy ako Cyburgs a zverejnil ho na Hifi-Forum ako jednoduchý náčrt. Needle nebola stavaná na jeden konkrétny menič a rýchlo sa rozšírila medzi domácimi staviteľmi. Udo Wohlgemuth z Acoustic Design Magazin si od autora vyžiadal súhlas a prerobil ju na menič Dayton RS100. Aktualizovaný stavebný návod vyšiel v júli 2017 pod názvom „Needle aufgewärmt“.

Prečo Dayton: malé širokopásmové meniče mávajú rezonanciu vysoko nad 100 Hz. RS100 ju má okolo 75 Hz, takmer o 40 Hz nižšie ako meniče v pôvodnej Needle. Autor zvolil 4-ohmovú verziu, lebo pri rovnakom zosilňovači hrá asi o 3 dB hlasnejšie než 8-ohmová.

Ako funguje línia TQWT

TQWT, teda zúžená štvrťvlnová trubica, je príbuzná transmission line. Má však iné pravidlá:

• Na uzavretom konci má prierez približne ako membrána a smerom k výstupu sa rozširuje dva- až trojnásobne.
• Dĺžka zodpovedá štvrtine vlnovej dĺžky ladiacej frekvencie.
• Menič sedí v tretine až polovici dĺžky od uzavretého konca.
• Výstup je menší, asi polovica plochy membrány.

Myšlienka pochádza od Paula Voigta z roku 1934, preto sa jej hovorí aj Voigtova píšťala. V Needle je línia preložená v strede, prepážka ide šikmo od 42 mm pri prednej doske dole po 86 mm hore. Bočnice, vrch a spodok sú z 25 mm MDF, predná a zadná doska 12 mm. Tlmenie tvorí jeden pás polyesterovej vaty široký 10 cm, vložený do línie nerozložený.

Korekcia

RS100-4 má medzi 400 a 5 000 Hz mierne zvýšenú úroveň, ktorú ešte zvýrazní odraz od úzkej prednej dosky. Korekčný člen, odpor 2,7 Ω, cievka 0,18 mH a kondenzátor 22 µF zapojené paralelne a celé v sérii s meničom, tento hrb okolo 2,5 kHz stlmí. Hodnoty sú z originálnej stavebnice. Vrchol pri 18 kHz autor zámerne nechal tak.

Čo vypočíta Loudsmith

Model ukazuje typickú malú širokopásmovku: basy klesajú pozvoľna, o 6 dB okolo 65 Hz, a línia ich ťahá ešte nižšie, len slabšie. Pri 50 Hz zahrá najviac okolo 80 dB, potom narazí na zdvih 4 mm. Pri 150 Hz už zvládne 96 dB. Na blízke počúvanie v obývačke to stačí, na párty nie.

Impedancia je najlepší test modelu linky, lebo ju ovplyvňuje celá skriňa. Pôvodný článok ukazuje nameranú impedanciu hotovej Needle a porovnanie s výpočtom vychádza takto:

Frekvencia	Meranie (ADW)	Loudsmith
80 Hz	12,2 Ω	12,0 Ω
500 Hz	3,9 Ω	3,7 Ω
2,5 kHz	6,5 Ω	6,6 Ω
20 kHz	9,9 Ω	10,0 Ω

Zhoda do 0,2 Ω znamená, že model línie aj korekcie počíta správne. Je súčasťou automatických testov Loudsmithu.

Meranie hotovej bedne

Moju Needle zmeriam meracím mikrofónom UMIK-1 cez meranie reprobedne: zďaleka pre stredy a výšky, zblízka pri membráne a pri výstupe línie pre basy. Sem doplním graf merania vedľa výpočtu, aby bolo vidno, kde model sedí a kde sa rozchádza.

Meranie pripravujem. Článok aktualizujem hneď, ako ho budem mať.

Postav si ju

Needle je v aplikácii ako hotová predloha: v návrhári vyber v ponuke „Začať z predlohy“ položku Needle. Dostaneš rozmery, výkres s prepážkou, korekciu aj nákupný zoznam. Na plány od autora a stavebnicu odkazuje pôvodný článok Acoustic Design Magazin.