|
|
Moc.
Najbardziej znanym parametrem kolumn głośnikowych jest moc. Jej wartość stanowi o dumie (najczęściej młodego) właściciela, który może pochwalić jej wysoką wartością. Moc kolumn głośnikowych często jest utożsamiana z możliwościami uzyskania dużych natężeń dźwięku. A tak w rzeczywistości moc kolumn to jedynie parametr, który określa wartość mocy elektrycznej, jaką można dostarczyć do zespołu głośnikowego bez jego uszkodzenia. W zależności od sposobu pomiaru uzyskujemy różne moce tych samych kolumn. Brak jednoznacznych norm niektóre firmy wykorzystują by podrasować ten parametr swoich wyrobów.
Moc znamionowa to moc, jaką głośnik może przyjąć przez 100 godzin nieprzerwanego sygnału. Jest to parametr, który najbardziej oddaje możliwości naszych kolumn. Często oznacza się go z angielska mocą RMS.
Długotrwała moc maksymalna określana jest za pomocą 10-krotnie powtarzanego sygnału w cyklu: 1 minuta sygnału 2 minuty przerwy.
Krótkotrwała moc maksymalna - to 60krotnie powtarzany sygnał 1-sekundowy z 1-minutowymi przerwami.
Długotrwała moc maksymalna jest 2-3 krotnie większa, a krótkotrwała 4-5-krotnie większa niż moc znamionowa. Jak widzimy, jeżeli producent nie poda sposobu pomiaru, może dowolnie manipulować pojęciem moc kolumn.
Wielu producentów nie podaje mocy kolumn, lecz rekomendowany zakres mocy wzmacniaczy, np. 30-150W. Mówi nam on, że każdy wzmacniacz o mocy mieszczącej się w podanym zakresie powinien bez problemu współpracować z kolumnami. Bywa, że podana moc wzmacniacza jest wyższa niż moc znamionowa kolumn. Nie jest to błędem, gdyż stosowanie mocniejszych wzmacniaczy zabezpiecza kolumny przed ich przesterowaniem, co jest groźniejsze niż zbyt duża moc podana na kolumny (patrz strona Więcej mocy).
Duża moc kolumn nie zawsze przedkłada się na dużą głośność, jaką możemy z nich uzyskać. Tutaj dochodzi jeszcze jeden czynnik sprawność (efektywność) kolumn. Ale o tym poniżej.
Efektywność kolumn głośnikowych.
Każde urządzenie elektryczne wykorzystuje energię elektryczną którą mu dostarczymy w pewnym tylko stopniu. Część tej energii zamieniana jest na ciepło. Stosunek energii oddanej przez urządzenie w użytecznej formie, do mocy dostarczonej, jest określany jako sprawność. Wyraża się go w procentach lub w postaci ułamka. I tak sprawność wzmacniacza, która wynosi 75%, mówi nam, że aż (tylko) 75% dostarczonej energii jest zamieniane na sygnał użyteczny, a 25% zamienia się w ciepło. W elektroakustyce odpowiednikiem sprawności jest efektywność, wyrażana w skali logarytmicznej, w decybelach. Skala logarytmiczna charakteryzuje się tym, że zmiana o 3 decybele jest zmianą dwukrotną, a różnica o 10 decybeli - to zmiana aż 10-ciokrotna.
Do głośników odnosi się efektywność mocowa, (dB/2,83V/1m) która określa jakie ciśnienie akustyczne uzyskamy w odległości 1 m przy dostarczeniu 1W mocy elektrycznej. 1W mocy uzyskujemy dla kolumn 8-omowych przy znormalizowanym napięciu 2,83V. W przypadku kolumn 4-omowych uzyskamy moc dwukrotnie większą 2 W, co może sugerować wyższą sprawność takich kolumn (dla kolumn 4-omowych wartość prawidłowa pomiaru to 2V). W praktyce, ponieważ wzmacniacze przy niższym obciążeniu oddają większą moc, uzyska się i tak większe ciśnienie akustyczne, nie ma to aż tak dużego znaczenia. Wielu producentów podaje wartość napięcia, przy jakim mierzy się efektywność.
Spotyka się jeszcze określenie efektywności w dB/1W/1m, które mówi nam jakie będzie natężenie dźwięku w odległości 1 m od głośnika przy dostarczeniu 1 Wata mocy sygnału.
Podanie samej wartości efektywności w decybelach nie mówi nam wiele o metodzie pomiaru i nie pozwala na bezpośrednie porównanie tych wartości różnych kolumn.
Głośniki bardzo niepełnosprawne.
Głośniki dynamiczne mają rewelacyjnie... niską sprawność. Aż 98-99% energii zamieniana jest na ciepło, a tylko około 1-2 % oddawana w postaci dźwięku. Dlatego tak ważna jest jak największa efektywność naszych kolumn. Współczesne zespoły głośnikowe mają efektywność w przedziale 82 92 dB. Ponieważ jest to skala logarytmiczna, to różnica w uzyskanym ciśnieniu akustycznym pomiędzy kolumnami o efektywności 82 dB a 92 dB wynosi aż 10 razy. Kolumny o efektywności 80 dB wymagają stosowania mocnych wzmacniaczy. Tak więc, jeżeli kupimy kolumny o większej efektywności, to bez zwiększania mocy wzmacniacza uzyskamy o wiele głośniejszy dźwięk. Słaby wzmacniacz i efektywne kolumny dadzą taką samą głośność do olbrzymi wzmacniacz i mało efektywne kolumny. Efektywne kolumny to ważny czynnik przy zakupie słabych (z reguły) wzmacniaczy lampowych. Pamiętajmy o tym.
Pasmo i charakterystyka przetwarzania.
Pasmo przenoszenia jest to zakres częstotliwości jaką przenoszą głośniki. W przypadku kolumn głośnikowych ważnym jest, aby pasmo obejmowało możliwie dużą część dźwięków słyszalnych. Każdy zespół głośnikowy (głośnik) na krańcach swojego pasma wykazuje spadek głośności.
O ile przekroczenie górnej granicy słyszalności dźwięków, 20 kHz dla współczesnych głośników wysokotonowych nie stanowi problemu, to uzyskanie odpowiednio niskiego basu jest większym problemem. Zależy to od konstrukcji głośnika, wielkości obudowy kolumny, strojenia układu itp. Małe kolumienki dolną granicę 20 Hz osiągają z trudem, z dużym spadkiem głośności, sięgającym nawet kilkudziesięciu decybeli w porównaniu z poziomem głównej części pasma. Ale i główna część pasma nie jest idealnie liniowa. Przyjmuje się, że dobrym wynikiem jest różnica głośności +/- 3 dB. (Rysunek)
Jeżeli charakterystyka przetwarzania jest w miarę płaska, przyjmuje się że kolumny są dobrej jakości, bowiem prawie zawsze duże zafalowania owocują słyszalnymi zniekształceniami dźwięku. Ale doświadczenia praktyczne mówią nam, że sama tylko płaska charakterystyka nie gwarantuje dobrego brzmienia. Prawie wszystkie zestawy o wysokiej jakości brzmienia mają w miarę płaską charakterystykę, ale nie wszystkie zestawy o płaskiej charakterystyce zapewniają wysoką jakość brzmienia.
Różni producenci podają pasmo przetwarzania głośników z różnym spadkiem głośności. Ci bardziej rzetelni podają, że np., pasmo przetwarzania głośników jest 40 Hz 20 kHz ze spadkiem na krańcach pasma +/- 3 dB, a inni podają optymistyczne pasmo np. 30 Hz 22 kHz bez podania spadków. Jeżeli pamiętamy, że różnica o 10 decybeli to spadek głośności 10-krotny, a 20 dB to aż 100-krotny, to widzimy, że uczciwie podane parametry są ważną sprawą dla kupującego. Teoretycznie większość kolumn może osiągnąć dolną częstotliwość np. 30 Hz, pytanie tylko, z jakim spadkiem głośności.
Budowa kolumn.
Sam głośnik bez obudowy ma bardzo niską sprawność (szczególnie niskotonowy), ponieważ fale dźwiękowe wytwarzane przez membranę z przodu i z tyłu znoszą się wzajemnie. Dlatego głośniki zamyka się w obudowach tak, aby dźwięk mógł promieniować w jednym kierunku (oprócz kolumn bi, di i omnipolarnych, ale o tym dalej). Odpowiednio wykonana i zestrojona obudowa często stanowi o sukcesie lub porażce konstruktora. Można bowiem stosować doskonałe głośniki, lecz przy złej konstrukcji obudowy uzyskamy efekt gorszy niż z tańszych głośników 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, 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).
Kolumna zamknięta.
W szczelnie zamkniętej obudowie zamontowane są głośniki - wysokotonowy i średnio-niskotonowy. Kolumna jest mocno wytłumiona. Charakteryzuje się dobrą odpowiedzią impulsową, lecz posiada niską sprawność i z reguły słabszy bas. Spowodowane jest to wytłumianiem promieniowania tylnej części membrany - część energii tracona jest bezpowrotnie. Dlatego obecnie są rzadko produkowane, ustąpiły głośnikom z bass-refleksem.
Bass-reflex.
Jeżeli głośnik umieścimy w dobrze wytłumionej komorze zamkniętej, dźwięk będzie promieniował przez przednią stronę membrany. Promieniowanie tylnej strony będzie wytłumiane, ale część energii i tak wydostanie się na zewnątrz przez drgające ścianki obudowy. Lepszym rozwiązaniem jest, gdy energia tylnej strony membrany jest także wykorzystana. Gdy zastosujemy otwór w obudowie, o ściśle wyliczonych proporcjach w stosunku do komory, w której znajduje się głośnik, spowoduje to zadziałanie układu rezonansowego (pierwszy raz obliczonego przez Helmholtza) o bardzo złożonych parametrach. W pewnym zakresie częstotliwości otwór wypromieniowuje falę o fazie (prawie) zgodnej z falą przedniej części membrany, tak, że ciśnienia pochodzące z obydwu źródeł dodają się. W innym zakresie występuje ciekawe zjawisko: membrana głośnika prawie nie pracuje, a otwór wypromieniowuje bardzo dużą energię. Zalety bass-refleksu spowodowały, że jest on najczęściej stosowanym typem obudowy.
Oprócz obudowy zamkniętej, (rzadko stosowanej, mimo że charakteryzuje się dobrymi charakterystykami impulsowymi), spotyka się także obudowę z głośnikiem (membraną) biernym, band-pass, czy linię transmisyjną.
Linia transmisyjna.
Jest to kolumna, wewnątrz której zbudowany jest kanał, mocno wytłumiony, który pochłania prawie całkowicie energię tylnej części membrany, a jej resztki są wypromieniowane na zewnątrz, poprzez otwór na jego końcu.
(Na rysunku różne konstrukcje linii transmisyjnej. Ostatni rysunek to konstrukcja z membraną bierną)
Membrana bierna.
Konstrukcja z membraną bierną jest dość często spotykana. Zamiast otworu bass-refleksu umocowana jest membrana, (przypominająca do złudzenia głośnik średnio-niskotonowy lecz bez magnesów i zasilania), która wspomaga przetwarzanie basu.
Nieco więcej o parametrach, pomiarach itp. głośników pisze Daniel Król w swojej pracy "Głośniki i zespoły głośnikowe".
Szczegóły, szczegóły...
Projektanci kolumn stosują różne rozwiązania techniczne, tak aby uzyskać jak najlepszy dźwięk. Kilka przykładów, które widoczne są gołym okiem:
Pochylenie całej kolumny, lub tylko przedniej ścianki pod pewnym kątem do tyłu. Pochylenie pomaga uniknąć fal stojących w zakresie niskich częstotliwości.
Nierównoległe ścianki obudowy (np. w rzucie z góry obudowa ma kształt trapezu lub nawet jest owalna) Unika się wtedy fal stojących i rezonansów powstałych wewnątrz obudowy.
Zaokrąglanie krawędzi zewnętrznych przedniej ścianki, pozwala na zmniejszenie dyfrakcji fal wyższej częstotliwości. Innym rozwiązaniem jest umieszczenie głośnika wysokotonowego na dachu obudowy, wysunięcie przed mocno pochylony fragment obudowy itp. (B&W)
Maksymalne zbliżenie głośnika wysokotonowego do średnio-niskotonowego poprawia stereofonię. Uzyskuje się prawie punktowe źródło dźwięku. Idealny źródłem punktowym jest umieszczenie dwóch lub nawet trzech głośników w jednym (Kef, Tannoy, Cabasse (Na zdjęciu: dwa w jednym, czyli Tannoy Dual, wewnątrz głośnik wysokotonowy).
Stosowanie wąskich kolumn poprawia stereofonię. Ponieważ wąskie kolumny nie pozwalają na umieszczenie dużych, mocnych głośników średnio-niskotonowych, często stosuje się dwa mniejsze, połączone równolegle.
Stereofonię poprawia także umieszczenie dwóch głośników średnio-niskotonowych symetrycznie względem głośnika wysokotonowego poniżej i powyżej niego. Jest to tzw. układ DAppolito (zobacz zdjęcie). Oba głośniki przetwarzają ten sam zakres częstotliwości. Spotykany często, podobny zewnętrznie, układ symetryczny w którym każdy głośnik przetwarza inny zakres częstotliwości nie ma nic wspólnego poza wyglądem - z prawdziwym układem DAppolito.
W kolumnach podłogowych często stosuje się komorę w dolnej części obudowy przeznaczoną do dociążenia piaskiem lub ołowiem. Zmniejsza to drgania obudowy i rezonanse. Może to jednak zmienić charakter dźwięku, dlatego warto porównać brzmienie kolumn nie dociążonych i dociążonych.
Kolce przykręcane do kolumn podłogowych są już prawie standardem i są z reguły dołączane przez producenta. Jeśli ich nie mamy warto je zakupić lub zastosować ciężkie kamienne podstawki pod kolumny. Pozwoli to nam uniknąć przenoszenia rezonansów na podłogę, nieco poprawi także przetwarzanie basu. Nie mówiąc o estetycznej stronie takiego rozwiązania.
Ponieważ kolumny z otworem bass-refleksu są najbardziej popularne, tutaj też konstruktorzy wnoszą pewne ulepszenia. Wyprowadzenia rury na zewnątrz powinny być łagodnie zaokrąglone by uniknąć szumu powietrza wypychanego przez głośnik. Czasami stosuje się różne wgłębienia, karbowania itp. Obudowa, w której otwór bass-refleksu jest z przodu, jest konstrukcją bardziej uniwersalną. Umieszczenie otworu z tyłu powoduje przy zbytnim zbliżeniu kolumny do ściany, podbicie basu, czasem aż do wystąpienia zniekształceń (chociaż może to być sposób na regulację jego ilości). Takie kolumny potrzebują dużo powietrza wokół siebie. Czasem producenci dołączają zatyczkę z gąbki do zamknięcia otworu, przez co ilość basu można ograniczyć . Zamiast gąbki możemy użyć luźno zwiniętej w rulon tkaniny. Niektóre obudowy mają wylot bass-refleksu u dołu. Takie kolumny mają specjalne nóżki, które pozwalają na swobodne wydobywanie się dźwięku.
Pod kolumny podstawkowe obowiązkowo powinno się stosować stabilne, nie przenoszące drgań podstawki. Umieszczenie ich na półce powoduje przenoszenie rezonansów na meble i tym samym ma wpływ na charakter dźwięku. W niektórych konstrukcjach producent dopuszcza umieszczenie kolumienek na półkach. Dobrze jest je odizolować od podłoża poprzez podłożenie kawałka materiału tłumiącego np. gąbki. Odsunięcie od ostrych krawędzi mebla zmniejszy możliwość wystąpienia dyfrakcji fal wysokiej częstotliwości.
Zwrotnica.
Obecnie do przetworzenia całego słyszalnego pasma potrzebne jest użycie przynajmniej dwóch głośników: średnio-niskotonowego i wysokotonowego. W konstrukcjach, w których użyto więcej głośników, pasmo trzeba podzielić na tyle części, ile jest głośników (o ile nie pracują jako podwójne, połączone równolegle). Każdy głośnik, na krańcach swojego pasma przenoszenia pracuje z mniejszą efektywnością spadek głośności jest wyraźny. Cała sztuka w budowaniu kolumn polega na tym, aby przejście pomiędzy głośnikami było płynne, niezauważalne, bez nierówności charakterystyki. Za takie właśnie połączenie dwóch głośników odpowiedzialna jest zwrotnica elektryczna. Jest to układ filtrów, dzielących sygnał biegnący od wzmacniacza pomiędzy poszczególne głośniki. Ponadto zadaniem zwrotnicy jest wytłumienie rezonansów, które występują w każdym głośniku. Najprostsza kolumna składa się ze zwrotnicy zainstalowanej tylko na głośniku wysokotonowym, (bywa że jest to tylko rezystor lub kondensator) który ma o wiele mniejszą moc i dlatego musi być chroniony przed przeciążeniem (na rysunku prosta zwrotnica kolumny dwudrożnej). Zwrotnica musi być dopasowana do konkretnych głośników. Jedne wymagają prostych zwrotnic, inne skomplikowanych. Nie ma idealnej zwrotnicy, a o jej jakości świadczy jakość użytych elementów i konstrukcja. Lepsze jest stosowanie np. kondensatorów polipropylenowych niż elektrolitycznych, a cewki powietrzne lepsze są od rdzeniowych.
W terminologii spotykamy określenie zwrotnica 1-go rzędu, 2-go itd... Zwrotnica jest to, jak wiemy, filtr elektryczny, który ma za zadanie wytłumić niepotrzebne już częstotliwości. I zależnie z jaką mocą to czyni, tak określa się rząd filtru. I tak tłumienie 6 decybeli/oktawę jest łagodnym tłumieniem, i określamy to jako filtr 1-go rzędu (na wykresie widzimy łagodne zbocze). Filtry wyższego rzędu tłumią mocniej: filtr 2-go rzędu to 12 dB/oktawę, 3-go 18 dB/okt. itd.
Ciąg Dalszy
|
|
|
