mirror strony skarabo.net        

audioretro.pl

 Strona  audioretro.pl  jest stroną hobbystyczną, więc nie wykorzystuję ciasteczek zapisanych na Twoim komputerze. Ale oczywiście w każdej chwili możesz je wyłączyć w swojej przeglądarce.

warto odwiedzić  >> ciekawe artykuły >  
I bibliografia I słownik I artykuły o audio i elektronice I kolumny głośnikowe I test wzmacniaczy I

1. Głośniki, zespoły głośnikowe

1.1. Budowa zespołów głośnikowych.

W zakresie małych częstotliwości akustycznych skuteczne działanie głośnika jest uwarunkowane zastosowaniem odpowiedniej odgrody (obudowy) akustycznej, oddzielającej przednią stronę membrany głośnika od jej strony tylnej. W przypadku braku odgrody, rezystancja promieniowania maleje, głównie wskutek dyfrakcji fal akustycznych, do tak znikomych wartości że głośnik praktycznie nie promieniuje, nawet przy bardzo dużej amplitudzie drgań membrany głośnika. Zakres ten rozciąga się od częstotliwości najmniejszych aż do częstotliwości, przy których średnica skutecznie promieniującej części membrany głośnika wynosi 0,2 długości promieniowanej fali akustycznej. Gdy średnica membrany głośnika wynosi 0,2¸0,5 długości fali, odgroda akustyczna ma jeszcze wpływ na zwiększenie rezystancji promieniowania głośnika, zwiększając ją od 20 do 2 razy, w miarę zwiększania częstotliwości. Dopiero gdy średnica membrany jest równa lub większa od 0,5 długości fali, odgroda akustyczna traci znaczenie, bowiem wartość rezystancji promieniowania membrany głośnika staje się niezależna od wymiarów i rodzaju odgrody.
Odpowiednio wykonana i „zestrojona” obudowa często stanowi o sukcesie lub porażce konstruktora. Można bowiem stosować doskonałe głośniki, lecz przy złej konstrukcji obudowy uzyskamy efekt znacznie gorszy niż stosując tańsze głośniki w dobrze wykonanej obudowie. Obudowę wykonuje się z dobrej jakości drewna, ale najczęstszym materiałem jest MDF, czyli odmiana płyty wiórowej o dużej gęstości, twardej i wytrzymałej. W tańszych konstrukcjach na przednią część obudowy używa się MDF a boki robi ze zwykłej płyty meblowej. Bywają też obudowy z aluminium czy nawet marmuru, ale stosowane są w drogich, wyrafinowanych konstrukcjach. Aby obudowa nie drgała, i nie wpadała w rezonans, stosuje się grube ścianki a wewnątrz często montuje wzmocnienia. Niektórzy producenci w kolumnach podłogowych dolną część obudowy przeznaczają do zasypania piaskiem czy śrutem ołowianym w celu dociążenia kolumn i tym samym zmniejszenia rezonansów obudowy. Standardem staje się stosowanie kolców pod obudowy, tak by drgania nie przenosiły się na podłogę. Przy kolumnach podstawkowym należy stosować specjalne, stabilne podstawki (standy).

1.1.1. Obudowa zamknięta.

Obudowa zamknięta nazywana również kompaktową, realizuje koncepcję zupełnego oddzielenia tylnej strony membrany od strony przedniej. Energia promieniowana przez tylną stronę membrany głośnika powinna być całkowicie pochłonięta (zamieniona na ciepło) w sposób nie powodujący niepożądanych skutków ubocznych. Obudowa zamknięta powinna mieć grube, masywne ścianki aby była bardzo sztywna i nie „pulsowała” w takt zmian ciśnienia wewnątrz obudowy, wynikających z drgań membrany głośnika.
  Aby uzyskać dostatecznie małe częstotliwości rezonansu, przy niezbyt wielkiej objętości obudowy, stosuje się specjalne głośniki o bardzo miękko zawieszonych układach drgających. Głośniki takie charakteryzują się małą częstotliwością rezonansu. Wiele głośników typu „compact”, przeznaczonych do obudów zamkniętych, nie nadaje się w zasadzie do stosowania w obudowach innego typu, ponieważ membrana jest zawieszona nie tylko na względnie słabych resorach mechanicznych, ale na „pneumatycznym zawieszeniu” obudowy. W obudowach zamkniętych stosuje się dużo materiału dźwiękochłonnego (wytłumiającego).

 Rys.1.1 Konstrukcja zespołu głośnikowego z obudową zamkniętą

1.1.2. Obudowa z otworem – basrefleks

Wielu specjalistów konstruujących zespoły głośnikowe uważa, że zastosowanie obudów z otworem, w którym zachodzi rezonans Helmholtza, jest najlepszym sposobem polepszenia odtwarzania niskich tonów w domowych i profesjonalnych zespołach głośnikowych.
Obudowa z otworem w klasycznej postaci posiada następujące zalety:
- umożliwia wykorzystanie, w zakresie najmniejszych częstotliwości pasma przenoszenia, także energii promieniowanej przez tylną stronę membrany głośnika, co poprawia efektywność zespołu o około 3dB w tym zakresie częstotliwości. 
- silnie obciąża akustycznie głośnik w zakresie jego rezonansu, co zmniejsza jego amplitudę drgań i zniekształcenia nieliniowe przy silnych sygnałach.
-  umożliwia przesunięcie granicy skutecznie promieniowanych częstotliwości o około 0,5 oktawy poniżej częstotliwości rezonansowej głośnika.

 Rys.1.2. Konstrukcja zespołu głośnikowego z obudową basrefleks

Klasyczna obudowa z otworem o dużej powierzchni (0,5¸0,8 powierzchni membrany głośnika) posiada wadę wynikającą z jej zasady działania. Mianowicie, stanowi ona układ rezonansowy, który faworyzuje tony odpowiadające jej własnej częstotliwości rezonansowej.
Przy bardzo małych częstotliwościach masa akustyczna otworu dodaje się do masy układu drgającego, wpływając na zmniejszenie częstotliwości rezonansowej głośnika. Podatność akustyczna wnętrza obudowy przy tych częstotliwościach może być pominięta. W miarę zwiększania częstotliwości podatność akustyczna będzie coraz bardziej wpływała na zachowanie się układu. Przy rezonansie obudowy zostaje włączona duża rezystancji akustyczna. Wówczas promieniuje otwór obudowy, a faza drgań jest przesunięta o 90° w stosunku do drgań przedniej strony membrany głośnika. Przy dalszym zwiększaniu częstotliwości różnica faz stopniowo maleje do zera, jednak promieniowanie otworu słabnie. Coraz większą rolę zaczyna odgrywać podatność obudowy i obudowa z otworem zaczyna się zachowywać jak obudowa zamknięta, ponieważ tunel rezonansowy można traktować jak korek zamykający otwór obudowy.
Tunele basrefleks najczęściej wykonane są z odcinka rury PCV, jednak spotyka się konstrukcje w których tunele wykonane są ze sklejki czy płyty MDF umieszczonej równolegle do ścianki obudowy. To ostatnie rozwiązanie jest jednak trudne do dostrojenia i wymaga zbudowania prototypu, w którym stopniowo zmienia się wymiary tunelu aż do uzyskania wymaganej częstotliwości rezonansowej.
W przypadku stosowania dużych głośników, dla których średnica tunelu przekracza 10 cm, przeważnie stosuje się kilka tuneli o mniejszej średnicy. 

1.1.3. Obudowa z membraną bierną 

            W stosunku do obudowy basrefleks, obudowa z membraną bierną ma dwie zasadnicze zalety. Po pierwsze eliminuje zabarwienia dźwięku otworu basrefleks (np. rezonanse tunelu) oraz szumy strumienia powietrza, które występują w tunelu podczas przepompowywania wielkich mas powietrza. Po drugie membrana bierna jest praktyczna w małych obudowach, gdzie wymagane długości tunelu przekraczają głębokość obudowy. Dodatkowo zestrojenie obudowy tego typu jest znacznie łatwiejsze niż obudowy z tunelem rezonansowym.

Wadą membrany biernej jest wytwarzanie bardziej stromych krzywych w obszarze odcięcia, co powoduje mniejszą stabilność przy odtwarzaniu stanów przejściowych.

 Rys.1.3. Konstrukcja zespołu głośnikowego z obudową zawierającą membranę bierną.

1.1.4. Linia transmisyjna

Jeżeli na jednym końcu rury o dużym przekroju zostanie wmontowany głośnik, rura taka będzie miała właściwości toru akustycznego w którym zachodzą zjawiska falowe. Gdy do głośnika doprowadzony zostanie sygnał sinusoidalny, to w miarę zwiększania jego częstotliwości wystąpią zjawiska akustyczne wpływające na sposób i natężenie promieniowanego dźwięku. Jeżeli rura jest bardzo długa (teoretycznie nieskończenie długa), to spełnia ona rolę nieskończenie wielkiej odgrody akustycznej, oddzielającej fale akustyczne promieniowane przez przednią stronę membrany głośnika od fal promieniowanych przez jej tylną stronę. Jeżeli rurę skrócimy do np. 2 metrów to przy częstotliwości 40¸45 Hz jej długość będzie wynosiła 0,25 długości fali. Oznacza to że w rurze powstanie fala stojąca, której strzałka znajdzie się u wylotu rury, węzeł na membranie głośnika. Membrana jest w tym wypadku silnie obciążona rezystancją akustyczną, a promieniuje głównie wylot rury. Fazy promieniowania fal przedniej strony membrany głośnika i wylotu rury są sobie przeciwne. Przy częstotliwości dwukrotnie większej długość rury będzie równa 0,5 długości fali. Ułożą się w niej dwie ćwiartki fali, dzięki czemu fazy promieniowania przedniej strony membrany głośnika i wylotu rury będą zgodne. Membrana głośnika znajdzie się wówczas w strzałce fali stojącej. Przednia strona membrany będzie promieniować nieco silniej niż wylot rury. Rys.1.4. Konstrukcja zespołu głośnikowego z obudową zawierającą linie transmisyjną. Opisane zjawiska falowe wykorzystano w klasycznych obudowach z tzw. linią transmisyjną, w celu polepszenia efektywności działania głośników w zakresie małych częstotliwości akustycznych. Z biegiem czasu zauważono, że jeżeli kanał znajdujący się za głośnikiem zostanie wypełniony dość luźno ułożonym materiałem wytłumiającym, to pochłanianie energii akustycznej promieniowanej przez tylną stronę membrany głośnika jest tak duże, że promieniowanie wylotu kanału może być pominięte. Kanał o ograniczonej długości, w którym powstają duże straty, ma więc w zasadzie takie same właściwości jak nieskończenie długa rura. Powstaje pytanie. Jaka jest różnica między taką obudową a obudową zamkniętą? Otóż różnica polega na odmiennych warunkach pracy głośnika. W wypadku obudowy z linią transmisyjną, głośnik pracuje jakby w dwóch strefach akustycznych, promieniując swobodnie fale dźwiękowe. Nie występuje tu efekt pneumatycznego zawieszenia membrany głośnika i związane z tym bardzo znaczne zwiększenie częstotliwości rezonansowej układu drgającego głośnika. Wręcz przeciwnie – obudowa tego typu, dzięki wnoszeniu dużej masy współdrgającej, wpływa na zmniejszenie częstotliwości rezonansowej głośnika o kilka do kilkunastu procent. Ponadto nie występują zniekształcenia związane z niesymetrycznym obciążeniem membrany głośnika podczas ruchu w przód i w tył, co stwierdzono w obudowach zamkniętych, zwłaszcza o małej objętości. Nie występują również tak silne wibracje ścianek obudowy. Fachowcy nie są zgodni co do tego, czy obudowy z linią transmisyjną mają istotne zalety wobec obudowy zamkniętej lub basrefleks. Pewne jest to, że zarówno wymiary jak i koszty budowy są wyższe od porównywalnych innych typów obudów.

1.2. Podstawowe parametry głośników i zespołów głośnikowych.

1.2.1. Charakterystyka modułu impedancji.

Impedancja znamionowa głośnika jest wyznaczana  na podstawie charakterystyki modułu impedancji, jako najmniejsza wartość modułu impedancji głośnika powyżej częstotliwości rezonansu. Znajomość przebiegu charakterystyki modułu impedancji głośnika jest niezbędna podczas konstruowania zespołów głośnikowych.
Rysunek  przedstawia przykładową charakterystykę modułu impedancji głośnika niskotonowego. W okolicy częstotliwości 50 Hz widoczny jest rezonans układu drgającego głośnika, który powstaje w wyniku zawieszenia układu o określonej masie na sprężystych zawieszeniach. Na kształt charakterystyki modułu impedancji całego zespołu głośnikowego mają również wpływ elementy RLC stosowane do budowy zwrotnicy.

 Rys.1.6. Przykładowa charakterystyka modułu impedancji.

1.2.2. Częstotliwościowa charakterystyka przetwarzania.

Charakterystyka przetwarzania (przenoszenia) to jedna z podstawowych charakterystyk dla wszelkich urządzeń elektroakustycznych, i najważniejsza dla głośników i zespołów głośnikowych. Jej przebieg nigdy nie jest idealnie liniowy i dużego doświadczenia wymaga właściwe interpretowanie widocznych nierównomierności. Niektóre z nich, pozornie poważne, mogą zostać łatwo skorygowane przez filtry zwrotnicy, inne wymagają już pozostawienia poza użytecznym pasmem danego głośnika.

Rys.1.7. Przykładowa charakterystyka przetwarzania głośnika

 Dokumentacja firmowa przedstawia charakterystyki głośników ustalone w ujednoliconych warunkach, w komorze bezechowej laboratorium produkującej je firmy. Zainstalowane w bardzo dużej odgrodzie, stwarzającej warunki zbliżone do pracy w hipotetycznej "nieskończonej odgrodzie", wraz ze znajdującą się za nią obudową zamkniętą, w każdym przypadku przekraczającą swoją objętością rekomendowaną objętość dla danego głośnika. Warunki te są w dużym stopniu odmienne od tych, w jakich pracować będzie głośnik zainstalowany w zespole głośnikowym.
Przebieg charakterystyk w zakresie niskich częstotliwości - poniżej 100 Hz - nie przypomina więc nawet w ogólnym kształcie możliwych do uzyskania charakterystyk teoretycznych (ze względu na inną objętość i rodzaj obudowy), i jednocześnie jest obciążony rezonansami komory bezechowej (każda komora wykazuje swoje rezonanse w zakresie najniższych częstotliwości, choć są one znacznie słabiej zaznaczone, niż rezonanse w typowym pomieszczeniu odsłuchowym). Można więc dostrzec bardzo duże podobieństwo w rozkładzie rezonansów wszystkich charakterystyk, co dowodzi, że nie są to rezonanse samych głośników. Wniosek stąd jest taki, że zmierzone w tych warunkach charakterystyki w zakresie poniżej 100 Hz są w zasadzie bezużyteczne. Dla ustalenia teoretycznej charakterystyki przetwarzania głośnika w zakresie niskich częstotliwości należy oprzeć się na obliczeniach albo symulacjach komputerowych, wykorzystując przede wszystkim parametry Thiele'a – Smalla. Również kształt charakterystyki w zakresie średnich i wysokich częstotliwości ulegnie zmianie, na skutek relatywnie małych wymiarów przedniej ścianki zespołu głośnikowego. Bardziej wszechkierunkowe promieniowanie w zakresie fal dłuższych od wymiarów przedniej ścianki, a krótszych niż odległość od sąsiadujących powierzchni odbijających (ścian), spowoduje spadek efektywności w zakresie kilkuset Hz, natomiast odbicia krótszych fal od bliskich głośnikowi krawędzi obudowy wywołają nierównomierności w wyższych zakresach. To drugie zjawisko konstruktor zespołu głośnikowego powinien przede wszystkim minimalizować, natomiast pierwsze zwykle koryguje działaniem zwrotnicy. Jednak w zakresie średnio-wysokotonowym przebieg charakterystyki zmierzonej w znormalizowanych warunkach dużej odgrody dobrze pokazuje zachowanie się samego głośnika (choć raczej nie należy charakterystyki tej przenosić wprost do projektowania zwrotnicy elektrycznej). 

1.2.3. Efektywność

Efektywność wskazuje, jakie ciśnienie akustyczne SPL (sound pressure level) uzyskamy w odległości 1m od głośnika, do którego dostarczono 1 W mocy (tzw. efektywność mocowa) bądź 2.83 V (tzw. efektywność napięciowa, tożsama z efektywnością mocową przy obciążeniu 8-omowym, natomiast dająca wyniki o 3dB wyższe od pomiaru efektywności mocowej dla obciążenia 4-omowego).
Mając do dyspozycji częstotliwościowe charakterystyki przetwarzania, ustalone przy napięciu 2,83 V, w odległości 1m od głośnika, a więc w warunkach standardowych dla ustalenia efektywności napięciowej, możemy na ich podstawie określać efektywność w dowolnym punkcie zakresu średnio-wysokotonowego, choć pamiętać trzeba o zmianach samej charakterystyki przetwarzania, spowodowanych przez warunki wymienione w punkcie poprzednim. Ponieważ, jak już wspomniałem, przy typowej obudowie o szerokości przedniej ścianki w okolicach 20-30 cm, nastąpi obniżenie poziomu w zakresie kilkuset Hz o ok. 3 dB, więc dla uzyskania dobrze zrównoważonej charakterystyki działanie filtrów i tłumików zwrotnicy prowadzić musi do "równania w dół", czyli odpowiedniego obniżenia poziomu w pozostałych zakresach. Nie chcąc zbyt mocno obniżać efektywności, wyrównanie to nie musi być dokładne, ale należy się spodziewać, że dobrze zaprojektowany dwudrożny zespół głośnikowy z 18-cm głośnikiem nisko – średniotonowym w obudowie o szerokości ok. 20-cm będzie miał efektywność ok. 2 dB niższą od efektywności katalogowej samego głośnika nisko-średniotonowego.
Jeśli pierwsza częstotliwość podziału znajdować się będzie w zakresie kilkuset Hz, to obniżenie efektywności powodowane małymi wymiarami przedniej ścianki skompensować można w pewnym stopniu współdziałaniem głośników niskotonowego i średniotonowego; można założyć, że w zakresie tym uzyskamy 89-90 dB, i utrzymanie takiego poziomu w okolicach 1 kHz, w paśmie przepustowym głośnika średniotonowego, nie powinno stanowić problemu. Powyższe szacunki są przybliżone, ale wskazują na ogólne zależności i podpowiadają, że wcale nie należy dokładnie dopasowywać efektywności katalogowych głośników stosowanych w zespole wielodrożnym.

1.2.4. Moc znamionowa

Moc znamionowa podawana np. przez firmy Vifa i Scan-Speak została określona według bardzo rygorystycznej normy IEC 268-5, za pomocą 100-godzinnego nieprzerwanego sygnału. Inni producenci uzyskują tylko pozornie lepsze rezultaty, gdyż podają "moc maksymalną" nawet bez podania normy określającej warunki badania. Np. dla głośnika wysokotonowego D27TG-35-06 o mocy znamionowej 100 W, moc "maksymalna długotrwała", określona również wspomnianą normą, wymagająca dostarczenia do głośnika dziesięciokrotnie sygnału trwającego 1 minutę, z 2 minutowymi przerwami, wynosi już 200 W, a moc "maksymalna krótkotrwała", czyli 60-krotnie powtórzone impulsy jednosekundowe z jednominutowymi przerwami, aż 450W. Znamionowo 90-watowy głośnik P13MH-00-08 ma 650 watów mocy maksymalnej krótkotrwałej, a znamionowo 140-watowy XT25TG-30-04 aż 950 W. Podobne relacje dotyczą innych głośników. Badając zespoły głośnikowe, w określonym przez normę czasie dostarcza się do sygnał - szum, którego widmo częstotliwościowe odpowiada ustalonemu przez normę widmu przeciętnego sygnału muzycznego. Większość energii w takim sygnale (i w muzyce) kumuluje się na przełomie niskich i średnich częstotliwości, w okolicach 200 Hz, i spada nieco w kierunku najniższych, a wyraźnie w kierunku wyższych częstotliwości. W przypadku określania mocy głośników niskotonowych można posłużyć się takim właśnie sygnałem (nadwyżka mocy w zakresie wysokich częstotliwości jest nieistotna), natomiast mierząc głośniki średniotonowe i wysokotonowe dostarcza się do nich odpowiednie fragmenty spektrum podstawowego sygnału testującego - głośniki podłączone są przez odpowiednie filtry, odciążające je od częstotliwości leżących poza zakresem ich stosowania w zespole głośnikowym. W ten sposób rzeczywista moc dostarczana do tych głośników jest znacznie mniejsza, ale pozwala ustalić, w zespole głośnikowym jakiej mocy dany głośnik może być stosowany. Nie jest to jednak ściśle obowiązujące, gdyż zależy właśnie od zakresu częstotliwości, w jakim głośnik zostanie zastosowany. Jeśli częstotliwość podziału w zwrotnicy zostanie ustalona wyżej, niż częstotliwość graniczna filtru użytego przez producenta do określenia mocy, to głośnik zdolny będzie do pracy w zespołach o wyższej mocy znamionowej, niż katalogowa moc znamionowa danego głośnika średniotonowego i na odwrót - jeśli częstotliwość podziału będzie niższa, moc spadnie.

Kierunkowość promieniowania głośników.

Kolumny kierunkowe.

Klasyczne kolumny promieniują dźwięk przed siebie. Największą kierunkowość wykazują wysokie częstotliwości, dlatego ważnym jest, aby przy odsłuchu głośnik wysokotonowy był skierowany w stronę słuchającego, i znajdował się na wysokości jego uszu. Mniejszą kierunkowość wykazują tony średnie a najmniejszą - niskie. Rozchodzą się po pomieszczeniu praktycznie bezkierunkowo, tak, że wystarczyłby tylko jeden głośnik niskotonowy dla całego zestawu. Taka idea ma zastosowanie w kinie domowym, gdzie wzmacniacz obcina niskie tony (poniżej 200 Hz) w głośnikach głównych i przesyła je do subwoofera. Subwoofer może być ustawiony w pokoju w praktycznie dowolnym miejscu (z pewnymi zastrzeżeniami).
Różne kolumny mają różny kąt promieniowania. Te o większym kącie, są łatwiejsze do ustawienia i lepiej wypełniają pokój dźwiękiem, ale odbywa się to kosztem ostrości lokalizacji dźwięku. Aby uzyskać najlepszą jakość dźwięku dobrze jest skorzystać z porad producenta kolumn zawartych w instrukcji obsługi.

Bipole.

Kolumny o charakterystyce promieniowania bipolarnej promieniują dźwięk do przodu i do tyłu kolumny, w tej samej fazie. Promieniowany przez tył zestawu dźwięk odbija się od ścian pomieszczenia i dociera do słuchacza z kilkumilisekundowym opóźnieniem. Daje to zaskakujące wrażenie przestrzenności i głębokiej sceny dźwiękowej. Konstrukcja takich kolumn jest bardziej skomplikowana, zawierają bowiem więcej głośników dynamicznych które trzeba umiejętnie zestroić. W nieco prostszej wersji produkuje się takie głośniki do kina domowego jako głośniki tylne, efektowe. Norma THX (kino domowe) dopuszcza użycie tylko kolumn o charakterystyce bipolowej jako efektowych (czyli tylnych).

Dipole.

Podobnie jak bipole, głośniki te promieniują także do tyłu. Ale różnica jest zasadnicza: charakterystyka promieniowania przypomina ósemkę, a głośniki pracują w przeciwnej fazie. Uzyskuje się tu lepsze rozproszenie dźwięku niż w tradycyjnych kolumnach, lecz są trudne do ustawienia w pokoju. Wadą jest słaby bas, wynikający właśnie z pracy w przeciwnych fazach. Następuje tutaj jakby „zwarcie” w niskich (i nie tylko) częstotliwościach i mocne ich tłumienie. Stąd charakterystyka promieniowania ma kształt ósemki. Charakterystykę taką mają głośniki elektrostatyczne.

Omnipolar.

Kolumny omnipolarne promieniują dźwięk dookoła, nie tylko w płaszczyźnie poziomej, ale także w pionie. Zachowują się one jak punktowe źródło dźwięku. Wrażenia z odsłuchu takich kolumn są zaskakujące. Dźwięk wypełnia cały pokój, dając wrażenie uczestnictwa w koncercie na żywo. Wadą takiej prezentacji jest niezbyt ostra lokalizacja źródeł. Konstrukcja takich kolumn jest złożona. Muszą być wykonane z dobrą jakością, ponieważ niewłaściwa konstrukcja powoduje, iż proporcje pomiędzy dźwiękiem odbitym i bezpośrednim zostają zachwiane, dając nienaturalne wrażenia przestrzenne. Sprawiają też nieco kłopotów przy ustawianiu w pokoju.

Daniel Król
Tarnów, 2004 r.

Artykuł  prezentuję za zgodą autora.

* * *

Ważnym elemetem zestawu audio, a obowiązkowo zestawu kina domowego, jest subwoofer. Kilka zdań o jego konstrukcji.

Subwoofer

Subwoofer, czyli głośnik który generuje tylko niskie tony na dobre zadomowił się w kinie domowym. Bywa też dobrym uzupełnieniem  zestawu audio. Wielbiciele mocnych basów nie wyobrażają sobie bez niego nie tylko oglądania filmów ale i słuchania muzyki.

Dobry subwoofer powinien mieć solidny własny wzmacniacz, sterowany z amplitunera lub wzmacniacza oddzielnym wyjściem subniskotonowym. Najczęściej jest to wyjście typu RCA, popularnie zwane „cinch”. Ponadto wiele subwooferów ma możliwość pracy w trybie pasywnym, czyli jego głośnik może być zasilany tylko sygnałem z wyjścia głośnikowego wzmacniacza (amplitunera). Rozwiązanie to stosuje się w zestawach audio, gdy nasz wzmacniacz nie posiada oddzielnego wyjścia subwooforowego.

Standardem jest już, oprócz regulacji głośności, stosowanie regulatora odcięcia częstotliwości, którym to płynnie możemy ustawić taką częstotliwość, powyżej której jest ona tłumiona. Z reguły górna częstotliwość którą może przenieść subwoofer to 150 - 200 Hz, natomiast dolna zależy od konstrukcji (klasy) naszego subwoofera.
Przełącznik fazy (PHASE 0^o/180^o) pozwala nam na dopasowanie zgodności fazy głośnika subwoofera i głośników głównych zestawu audio czy kina domowego.

Tylna ścianka

Zobaczmy na tylną ściankę subwoofera. Są tam wejścia główne ( LINE LEVEL INPUT, SUBWOOFER) które łączymy kablem typu "cinch" z wyjściem subwooferowym naszego wzmacniacza/amplitunera.
Widzimy też dodatkowe 4 zaciski na kanał (SPEAKER LEVEL INPUT/OUTPUT, SPEAKER FROM) które pozwalają na podłączenie subwoofera kablami z gniazd głośnikowych wzmacniacza/amplitunera (INPUT) a następnie z głośnikami głównymi lub satelitkami (OUTPUT). Przy takim połączeniu nie pracuje wzmacniacz wbudowany w subwoofer, lecz korzystamy ze wzmacniacza naszego zestawu (głośnik subwoofera jest wpięty szeregowo z kolumnami lub satelitkami naszego zestawu kina). Kiedy opłaca się zastosować taką konfigurację? Wtedy, gdy posiadamy mocny wzmacniacz (dodatkowe obciążenie w postaci głośnika niskotonowego) i jest on wyższej jakości niż ten w subwooferze lub mamy dodatkową końcówkę mocy. A także gdy nasz wzmacniacz nie posiada wyjścia subwooferowego (gdy słuchamy muzyki ze wzmacniacza stereo, który nie ma wyjścia "sub").

Widok tylnych ścianek przykładowego wzmacniacza i subwoofera, oraz połączeń między nimi. Do prawidłowego działania zestawu wystarczy jeden rodzaj połączeń (jeden kabel, para, lub dwie pary kabli,w zależności od gniazd które łączymy ze sobą).

Oprócz wyłącznika sieciowego (droższe modele posiadają funkcję AUTO ON/OF, czyli włączają się i wyłączają automatycznie) widzimy jeszcze dwa pokrętła - głośności (LINE LEVEL INPUT CONTROL, VOLUME) oraz regulacji odcięcia częstotliwości (FREQUENCY CONTROL, CROSSOVER). To ostatnie, tajemnicze pokrętło służy do dopasowania pracy "suba" do możliwości naszych kolumn. Jeżeli nasze kolumny dolną granicę częstotliwości mają np. 50 Hz, (subwoofery pracują z reguły w paśmie od 120 Hz w dół, najlepsze nawet do nawet kilkunastu Hz!), to ustawienie punku odcięcia na np. 100 Hz powodowałoby niepotrzebne nakładanie się częstotliwości 50 - 100 Hz i mogłoby to pogorszyć odbiór dźwięku. Ustawienie pokrętła na 50 Hz powoduje że nasz subwoofer będzie pracował tylko do tej częstotliwości, a wszystko co powyżej zostanie odcięte.
Użyteczny jest też przełącznik fazy (PHASE). Jeżeli w naszym systemie, po włączeniu subwoofera mamy wrażenie że bas jest mniejszy, możemy przypuszczać, że głośniki suba i kolumn nie pracują zgodnie w fazie. Przestawienie tego przełącznika poprawi sytuację. Jeśli nasz subwoofer nie posiada przełącznika, musimy poprzekładać odwrotnie wszystkie kable w głośnikach.


Rodzaje obudowy głośników subniskotonowych.

Spotykamy kilka rodzajów obudowy głośnika subniskotonowego.

1. Przegroda nieograniczona.

Spotyka się ją w najprostszych systemach zestawów samochodowych. Posiada bardzo małą sprawność, bowiem trudno jest uzyskać akustyczną izolację przedniej i tylnej strony membrany, tak by fale dźwiękowe nie znosiły się wzajemnie.

2. Obudowa zamknięta.

(rys. z lewej) Głośnik zamknięty jest w szczelnej skrzyni, promieniuje tylko przednia część membrany. Dla uzyskania niskiego basu wymagana jest duża obudowa. Charakteryzuje się niską skutecznością. Zaletą jest prostota konstrukcji oraz szybki, impulsowy bas.

3. Obudowa otwarta zwana również obudową z bas refleksem (bass-reflex).

Obudowy tego typu mają szerszy zakres częstotliwości od obudowy zamkniętej, mają także większą skuteczność. Basy są zdecydowanie głośniejsze. Do wad należy większa podatność na uszkodzenie membrany w przypadku dużych głośności, związane jest to z brakiem oporu ciśnienia wewnętrznego. Jest wiele rozwiązań konstrukcyjnych. Głośnik może być skierowany do słuchacza, lub do podłogi. Otwór bas refleksu także może być umiejscowiony na różnych ściankach obudowy (rys. z prawej).

4. Obudowa pasmowo-przepustowa (band-pass). 

Składa się z dwóch komór, w jednej jest zamknięty głośnik. Druga komora posiada otwór bas refleksu (rys. z lewej). Innym rozwiązaniem jest wentylowanie także drugiej komory, z tym, że obie komory mają różną częstotliwość rezonansową. Obudowa taka łączy część zalet obudowy zamkniętej i otwartej. Charakteryzuje się dobrą skutecznością, lecz większe wymiary i bardziej skomplikowana konstrukcja podnoszą koszt subwoofera.

5. Konstrukcja izobaryczna.

Jeżeli dwa głośniki poruszają się w ściśle zamkniętej kieszeni powietrznej, w przeciwfazie - jeden pcha, a drugi ciągnie (ang. push-pull) - to taką konstrukcję nazywa się izobaryczną (rys. z prawej). Często instaluje się głośniki w obudowie pasmowo-przepustowej. Zaletą tego układu jest to, że działa jak jeden wysokosprawny głośnik. Daje to znaczne zmniejszenie obudowy (nawet do 50%). Układ posiada mniejszą skuteczność, ale w dobie wysokosprawnych wzmacniaczy nie jest to problemem.

.

Który rodzaj obudowy jest najlepszy? Nie ma na to jednoznacznej odpowiedzi. Najczęściej spotykaną jest obudowa z bas refleksem. Obudowy pasmowo-przepustowe, ze względu na wyższą cenę powoli zdobywają zwolenników. Obudowy zamknięte mają sporo wad, dlatego nie są częstym rozwiązaniem. Obudowy izobaryczne, dzięki zwartej konstrukcji znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie małe rozmiary grają zasadniczą rolę.

To tak w skrócie.  S.C.

warto odwiedzić  >> ciekawe artykuły >  
I bibliografia I słownik I artykuły o audio i elektronice I kolumny głośnikowe I test wzmacniaczy I

powrót do góry >

I strona główna I audio retro I projekty audio I w wolnym czasie I warto odwiedzić I