|
|
|
| |
Głośniki są niezbędnym elementem toru akustycznego. Od ich jakości zależy jakość dźwięku. Niektórzy mówią, iż jest ot najważniejszy element toru, bowiem ze względu na wysoką jakość elektroniki, różnice pomiędzy poszczególnymi wzmacniaczami czy odtwarzaczami CD są mniejsze niż pomiędzy różnymi kolumnami. Mimo olbrzymiego postępu techniki, konstrukcja głośnika nie zmieniła się. Owszem, stosuje się coraz lepsze materiały membran, coraz mocniejsze magnesy głośników, lepsze zwrotnice czy obudowy ale nadal jest to głośnik dynamiczny ze swoimi zaletami i wadami. Inne konstrukcje to doskonałe głośniki elektrostatyczne, ale są one bardzo drogie i też mają kilka wad. Nowa technologia zwana NXT, czyli drgające panele sterowane procesorem nie są jeszcze zbyt rozpowszechnione i nie odtwarzają dźwięku z jakością Hi-Fi, (chociaż Mission chwali się pierwszymi zespołami głośnikowymi w tej technologii o dźwięku Hi-End). Tak elektrostaty jak i NXT słabo przetwarzają najniższe częstotliwości i zwykle są uzupełnione o dynamiczny głośnik niskotonowy.
Konstrukcja głośników.
Nie tak dawno w sprzęcie popularnym spotykaliśmy jeden głośnik szerokopasmowy, który teoretycznie obsługiwał całe pasmo słyszalne. Wprowadzenie stereofonii, a potem standardu Hi-Fi wymusiło na producentach stosowanie wysokiej jakości głośników i podział pasma akustycznego na dwie części (lub więcej) wysokotonową i średnio-niskotonową. Każde pasmo obsługiwane jest przez oddzielny głośnik, o konstrukcji dostosowanej do przenoszonego pasma.
Jak działa głośnik dynamiczny?
Głośnik składa się z magnesu, w którego polu magnetycznym umieszczona jest cewka składająca się z uzwojenia nawiniętego na sztywnym karkasie. Prąd zmienny przepływający przez cewkę wytwarza zmienne pole magnetyczne, które oddziałuje ze stałym polem magnetycznym magnesu powodując ruch cewki do wewnątrz lub na zewnątrz, w zależności od kierunku przepływu prądu. Do ruchomej cewki przymocowana jest membrana, zawieszona w taki sposób by mogła poruszać się wzdłuż osi głośnika nie ocierając się o inne jego części. Służy do tego celu zawieszenie membrany w postaci elastycznego krążka (resora) w pobliżu magnesu i odpowiednio ukształtowanego obrzeża membrany (lub specjalnego pierścienia pośredniego) przymocowanego do kosza głośnika. Głośnik wysokotonowy ma jedno zawieszenie. Drgania membrany wywołują fale dźwiękowe odbierane przez nasze uszy. Niektórzy producenci (Kef, Tannoy, Cabasse) stosują dwa, a nawet trzy w jednym, czyli głośnik średnio-niskotonowy, wewnątrz którego umieszczony jest głośnik wysokotonowy. Taka konstrukcja pozwala na uzyskanie lepszej stereofonii i lokalizacji źródeł dźwięku dlatego, iż głośnik staje się punktowym źródłem emisji fali dźwiękowej w całym paśmie.
Jak widzimy idea jest prosta, a konstrukcja nieskomplikowana. Ale, żeby dźwięk wytwarzany przez głośniki był doskonałej jakości, producenci muszą pokonać wiele trudności związanych tak z elektroniką, fizyką jak i akustyką. I dopiero stosowanie odpowiednich konstrukcji i materiałów (czasem kosmicznych) daje nam dźwięk odpowiedniej jakości.
Charakterystyka.
Jeżeli głośnik dynamiczny zostanie przytwierdzony do bardzo dużej odgrody akustycznej (ekranu) i zasilony przebiegiem zmiennym o stałej wartości napięcia, ale zmiennej częstotliwości, to mierząc ciśnienie akustyczne na osi głośnika otrzymamy charakterystykę jak poniżej. Na tej charakterystyce możemy wyróżnić cztery zakresy oznaczone poprzez odcinki: AB, BC, CD, DE. Jak widzimy, głośnik przenosi najlepiej (najbardziej liniowo) częstotliwości leżące pomiędzy punktami CD. Przy wyższych częstotliwościach charakterystyka jest bardziej nierównomierna, i głośnik traci stopniowo zdolność do wytwarzania fal dźwiękowych. Odcinek BC charakterystyki odpowiada zakresowi rezonansu układu drgającego głośnika. Rezonans powstaje w wyniku zawieszenia układu o określonej masie, na sprężystych zawieszeniach. W tym zakresie sprawność głośnika jest największa, lecz wierność odtwarzania jest mała. W zakresie częstotliwości rezonansowej dźwięk jest mocno podbity, czyli głośniejszy. Na odcinku AB widzimy, że ciśnienie akustyczne gwałtownie maleje wraz ze spadkiem częstotliwości. Spadek ten jest różny dla różnych głośników, najczęściej wynosi on 12-18 dB/oktawę. Konstruktorzy starają się poszerzyć maksymalnie liniową część charakterystyki głośnika, a także zmniejszyć rezonans i nierówności charakterystyki.
Głośniki, które spotykamy w konstrukcjach domowych możemy podzielić na 5 rodzajów:
1. Głośnik subniskotonowy. Przenosi on sygnały o częstotliwościach 20-30 Hz do 200-300 Hz. Stosowany jest w niektórych kolumnach dużej mocy (i rozmiarów) a najczęściej w subwooferach, czyli specjalnych konstrukcjach kolumn, które mają za zadanie przenosić tony najniższe. Subwoofery kojarzą się nam z kinem domowym, ale coraz częściej wkraczają w krainę Hi-Fi.
2. Głośniki niskotonowe. Przenoszą sygnały do 1500 Hz.
3. Głośniki średnio-niskotonowe. Przenoszą sygnały do 4000-5000 Hz.
4. Głośniki średniotonowe. Przenoszą sygnały o częstotliwościach od 400-1000 Hz do 5000-8000 Hz.
5. Głośniki wysokotonowe. Przenoszą sygnały o częstotliwościach od 4000-6000 Hz do 15 - 25 kHz.
W większości konstrukcji stosowane są tylko dwa głośniki nisko-średniotonowy i wysokotonowy. Bardziej rozbudowane mają po kilka rodzajów odpowiednio zestrojonych głośników.
Konstrukcja głośnika dynamicznego.
Konstrukcja głośników nisko i średniotonowych może być różna, ale najczęściej spotykane mają membranę w kształcie stożka. Na środku membrany widzimy kopułkę przeciwpyłową (wklęsłą lub wypukłą). W droższych konstrukcjach spotykamy mały stożek. Jest to korektor fazy, który ma za zadanie poprawić charakterystykę fazową promieniowania dźwięku. Tańsze konstrukcje mają nakładkę przeciwpyłową w tym kształcie, która udaje prawdziwy korektor fazy. Po czym je odróżniamy? Korektor fazy jest przymocowany na stałe do magnesu głośnika (co komplikuje konstrukcję), natomiast nakładka przeciwpyłowa porusza się wraz a membraną. Membrany wykonuje się z różnych materiałów. Najczęściej spotykane są membrany papierowe (celuloza), nasączane różnymi substancjami. Ważną role odgrywają też tworzywa sztuczne jak np. polipropylen. W droższych konstrukcjach stosuje się też bardzo lekki i trwały, o charakterystycznej żółtej barwie kevlar, włókna węglowe, metal (aluminium) różne odmiany szkła i inne często bardzo egzotyczne materiały. Wbrew pozorom wszystkie te egzotyczne materiały nie zastąpiły całkowicie poczciwej celulozy, która uszlachetniana różnymi dodatkami i nasączana specjalnymi substancjami jest chętnie wykorzystywana nawet w drogich konstrukcjach. Jeżeli przyglądamy się dokładniej głośnikom, to zauważymy, że niektóre mają nierówną powierzchnię, a czasem wyglądają jakby je pomalował pędzlem jakiś szalony malarz. W ten sposób konstruktorzy starają się zmniejszyć rezonanse i fale stojące na powierzchni membran. O jakości głośnika decyduje nie tylko jakość membrany, ale także magnes i cała konstrukcja. W porównaniu z konstrukcjami sprzed kilkunastu-kilkudziesięciu lat, magnesy są o wiele mocniejsze, tak, że mały głośnik oddawać może dużą moc. W droższych konstrukcjach stosuje się obudowy (kosze) odlewane z różnych stopów metali, które zmniejszają przenoszenie drgań poprzez obudowę. Tańsze mają kosze wytłaczane z blach.
Głośniki wysokotonowe mają kształt stożka (rzadziej) lub kopułki wypukłej lub wklęsłej. Materiałem najczęściej używanym na membranę jest jedwab lub inne płótno, nasączone odpowiednią substancją. Dają one miękki, ciepły dźwięk. Dużą popularność zyskały także metale: aluminium i tytan (często pozłacane lub pokrywane tlenkami w celu zmniejszenia rezonansu). Ich dźwięk jest jasny i szybki, czasem zbyt suchy. W droższych konstrukcjach firmy stosują własne rozwiązania i materiały.
Podczas pracy w cewce głośnika wytwarza się ciepło. Jest ono odprowadzane poprzez magnesy i obudowę do wnętrza kolumny. Jeżeli odprowadzanie jest niewystarczające, uzwojenie cewki ulega przepaleniu. Dlatego w droższych konstrukcjach spotykamy chłodzenie cewki cieczą dobrze przewodzącą ciepło tzw. ferrofluidem. Zastosowanie ferrofluidu ma także wadę tłumi i zmniejsza szybkość poruszania się membrany, co odbija się na szybkości przekazywania dźwięku.
Oprócz klasycznej budowy głośnika wysokotonowego spotykamy także głośniki wstęgowe, w których elementem wytwarzającym dźwięk jest bardzo lekka membrana ze specjalnych tworzyw, drgająca w szczelinie magnesu. Na membranie napylona (naklejona) jest ścieżka z metalu (np. aluminium) w kształcie meandrów lub spirali, przez którą przepływa prąd wytwarzający zmienne pole magnetyczne. Głośniki wstęgowe dają dźwięk lekki, szybki, o małych zniekształceniach i oddają dobrze szczegóły w cichych partiach utworu muzycznego. Mają wyższą sprawność niż głośniki dynamiczne, rzędu 90 dB.
Bywają konstrukcje kolumn z użyciem głośników tubowych. W głośnikach tubowych lekka membrana o małej średnicy jest umieszczona w komorze sprzężonej z tubą, stanowiącą część głośnika. Konstrukcję taką spotykamy tak w głośnikach nisko i średnio jak i wysokotonowych. Głośniki tubowe charakteryzują się dużą sprawnością rzędu 20%, dlatego znajdują zastosowanie w sprzęcie profesjonalnym, estradowym.
Zjawiska zachodzące w głośnikach są bardzo skomplikowane. Obiektywne zbadanie wszystkich zjawisk i ujęcie ich w jakieś wzory czy parametry jest złożone i nie gwarantuje sukcesu. O jakości głośnika więcej decyduje renoma producenta, niż porównywanie danych katalogowych, a udana konstrukcja kolumny głośnikowej jest wynikiem badań technicznych, praktycznych prób i odsłuchów końcowych.
Podstawowe parametry.
Impedancja.
Przez zespół głośnikowy (kolumnę) przepływa prąd przemienny. Ponieważ kolumna jest złożonym układem elementów indukcyjnych, pojemnościowych (zwrotnica) i rezystancji, to wypadkowy opór jaki będzie stanowił układ tych elementów dla prądu przemiennego nazywamy impedancją. Oznacza się go tak jak rezystancję w omach. Najczęściej spotykana impedancja zespołów głośnikowych to 4, 6 i 8 omów. Większość wzmacniaczy tranzystorowych dobrze sobie radzi z kolumnami o różnych impedancjach i nie musimy się zamartwiać dopasowaniem kolumn do wzmacniacza, chyba że producent wyraźnie to zaznaczy. Pewien problem niskoomowe kolumny mogą stanowić tylko dla wielokanałowych amplitunerów, gdzie końcówki mocy najczęściej dla kanałów tylnych i głośnika centralnego projektowane są dla obciążania wyższymi impedancjami. Wzmacniacze lampowe mają oddzielne wyjścia dla różnych impedancji kolumn głośnikowych.
Musimy pamiętać, iż impedancja nie jest wartością stałą dla każdej częstotliwości, lecz jest funkcją. (Patrz rysunek, przykład kolumny 4-omowej). Ponieważ największe moce występują w zakresie średnio-niskotonowym, dla tego zakresu wylicza się średnią impedancji i podciąga pod którąś ze standardowych wartości 4, 6, lub 8 omów. Producenci czasem "optymistycznie" podają wyższą impedancję kolumn, co może skutkować niedopasowaniem głośników do naszego wzmacniacza. Wyobraźmy sobie sytuację w jak trudnych warunkach pracuje nasz wzmacniacz gdy obciążymy go kolumnami, które rzeczywistą impedancję mają około 3 omów, a w niektórych zakresach częstotliwości spada ona nawet poniżej 2 omów. A takie kolumny istnieją w rzeczywistości!
Ciąg Dalszy
|
|
