Poprzedni
Następny

Głośnik basowy (przetwornik niskotonowy)  – kolumny głośnikowe bez tajemnic

Jednym z najważniejszych aspektów muzyki jest rytm. Decyduje on o tym, jak postrzegamy dany utwór, nadając mu odpowiedni charakter. Podczas tworzenia nowego dzieła artyści wykorzystują instrumenty perkusyjne i strunowe, których niskie dźwięki mają kluczowy wpływ na tempo oraz klimat tworzonej muzyki. Gdy odtwarzamy nagrania w domowym zaciszu, oddanie wszystkich zawartych w nich niuansów jest skomplikowanym wyzwaniem. W kolumnach dźwięki o najniższych częstotliwościach przekazuje przetwornik basowy. Co sprawia, że głośniki oraz przenoszone za ich pośrednictwem pasmo brzmią realistycznie i dlaczego ich reprodukcja przez sprzęt grający jest skomplikowanym procesem? Właśnie tym aspektom przyjrzymy się w kolejnej części naszej serii.

Spis treści: Głośnik basowy – kolumny głośnikowe bez tajemnic

  1. Charakter niskich tonów

  2. Przetwornik niskotonowy – jak powstaje bas?

  3. Perfekcyjny głośnik niskotonowy – czy to możliwe?

  4. Głośnik basowy bez tajemnic – podsumowanie

Od jakości głośników basowych zależy często frajda ze słuchania muzyki

Charakter niskich tonów

Pasmo niskich tonów w zakresie słyszalnym dla większości ludzi składa się z częstotliwości od 20 Hz do około 300 Hz. Właśnie ten zakres popularnie nazywamy basem. Jak już wspomnieliśmy ma on kluczową rolę w odczuwaniu klimatu muzyki. Bas nadaje muzyce rytm, nośność, a w zależności od zamiarów artysty również potęgę, kameralność lub coś pomiędzy tymi skrajami emocji.

Gdy perkusista uderza w bębny, a basista szarpie strunami kontrabasu, drgania instrumentów muzycznych przemieszczają cząsteczki powietrza, wytwarzając lokalne zmiany ciśnienia, nakładające się na ciśnienie atmosferyczne. Tak powstałe perturbacje rozchodzą się dookoła z prędkością 340 m/s jako fale dźwiękowe. W procesie nagrywania materiału muzycznego, bardzo czuła i lekka membrana mikrofonu ugina się pod ich naporem, dokładnie podążając za ich zmianą. Tym sposobem, szybkie zmiany ciśnienia powietrza są rejestrowane jako niewielki sygnał elektryczny o zmiennej amplitudzie i częstotliwości.

Dodanie drugiego głośnika basowego nie zawsze wpływa na poprawę jakości basu - zadbaj o dobry wzmacniaczOdtwarzanie muzyki polega na odwróceniu tego procesu. Jednak lekka i delikatna membrana tym razem nie wystarczy, aby właściwie odtworzyć siłę fortissimo symfonii lub energię jazzowej kapeli. Tutaj potrzeba dostarczenia dużej mocy i uruchomienia znacznej siły mechanicznej, zdolnej przemieścić odpowiednio dużo cząstek powietrza w krótkim czasie. Pozwoli to wygenerować tak duże zmiany ciśnienia w naszych pomieszczeniach odsłuchowych, jak silne perturbacje zostały zaangażowane do ich wytworzenia. Dlaczego?

Przetwornik niskotonowy – jak powstaje bas?

Przetworniki głośnikowe, a konkretnie przetworniki elektroakustyczne przetwarzają moc elektryczną na moc akustyczną, używając do tego celu siły mechanicznej. Za pomocą napędu (zwanego popularnie „motorem”) zmuszają powietrze do drgań – membrana wprawia w ruch przylegające do niej cząsteczki powietrza. Jako że tylna powierzchnia membrany głośnikowej zazwyczaj jest osłonięta od przedniej za pomocą obudowy głośnikowej, ten oscylacyjny ruch przepompowywanej w tył i w przód objętości powietrza przekłada się na zmienne ciśnienie powietrza w pomieszczeniu odsłuchowym.

Moc akustyczna niskich częstotliwości, czyli poziom głośności basu podczas odtwarzania muzyki, ma wartość wprost proporcjonalną do średniego przyspieszenia drgającej membrany głośnikowej oraz jej powierzchni. Jednocześnie, ciśnienie akustyczne zależy wprost proporcjonalnie od objętości powietrza poruszanej przez membranę.

Rodzi to bardzo ważne konkluzje:

  • Duża membrana wytwarza więcej basu niż mała membrana;

  • Aby wytworzyć taki sam poziom głośności basu, duża membrana może poruszać się ze znacznie mniejszym skokiem niż mała membrana;

  • Aby utrzymać takie samo przyspieszenie wraz ze zmniejszaniem się częstotliwości dźwięku, membrana musi wychylać się coraz mocnej, osiągając coraz większe prędkości.

Bowers & Wilkins 801 D4, czyli moc głośników basowychZ każdym dwukrotnym zmniejszeniem się częstotliwości membrana pokonuje aż 4-krotnie większy dystans w tę i z powrotem, osiągając przy tym dwukrotnie większą średnią prędkość. Przykładowo, aby wytworzyć takie samo ciśnienie akustyczne przy 80 Hz jak przy 2,5 kHz, membrana przetwornika niskotonowego porusza tysiąc razy większą objętość powietrza, niż kopułka wysokotonowa. Z tego powodu, przetworniki niskotonowe są o wiele większe niż wysokotonowe, a ich membrany drgają znacznie bardziej, niż wysokotonowe.

Najpierw siła…

Aby membrana mogła się poruszać, napęd musi wytwarzać odpowiednią siłę. Jak wiemy z lekcji fizyki, łatwiej jest wprawić w ruch coś, co jest lekkie. Membrana przetwornika niskotonowego jest znacznie większa i cięższa niż wysokotonowego, więc w teorii napęd głośnika powinien zapewnić znacznie większą siłę oddziaływania, ale wcale nie musi. Okazuje się, że ze względu na znacznie niższą częstotliwość pracy i o wiele większą powierzchnię drgającą, dużo cięższą membranę głośnika niskotonowego można całkiem efektywnie napędzać układem magnetycznym o niewiele większej sile, niż w przypadku głośnika wysokotonowego. Stoi to w sprzeczności z powszechnym twierdzeniem, że membrany dla głośników niskotonowych powinny być jak najlżejsze. Odpowiednio duża masa układu drgającego w przetworniku niskotonowym ma kluczowe znaczenie.

Aby jeszcze lepiej zrozumieć charakter niskich tonów, a właściwie każdego dźwięku generowanego przez drgające membrany, należy teraz wspomnieć o rezonansie mechanicznym oraz jego tłumieniu. Doświadczamy tych zjawisk, codziennie, na przykład, gdy pokonujemy samochodem próg spowalniający. Po najechaniu kołem na przeszkodę, sprężyna w zawieszeniu ugina się, przejmując całą energię uderzenia. Po chwili rozprostowuje się i auto podskakuje na nierówności. Jeżeli w zawieszeniu nie byłoby dodatkowej części – amortyzatora – raz wprawione w ruch nadwozie auta, bujałoby się bez końca, w rytm nadawany przez twardość sprężyny i wagę pojazdu.

ELAC Solano FS 287 są kompaktowe, a mimo to możesz zapomnieć o innych, tu subwoofer nie będzie Ci potrzebny Amortyzator, odpowiedzialny za „pochłanianie nierówności”, w istocie pochłania energię zgromadzoną jako rezonans sprężyny zawieszenia oraz masy samochodu. Przy użyciu oporu tarcia zapewnia tłumienie drgań, niezbędne do stabilnego i bezpiecznego prowadzenia auta.

… a potem masa

Dokładnie w ten sam sposób zachowuje się przetwornik niskotonowy z membraną o pewnej masie, zawieszoną na sprężynie o twardości resoru oraz powietrza w obudowie. Raz wprawiony w drgania, najbardziej ochoczo będzie drgać w okolicy częstotliwości rezonansowej, zużywając do tego celu jedynie minimalną ilość mocy pochodzącej ze wzmacniacza. Jeżeli masa drgająca membrany oraz pojemność obudowy będą odpowiednio duże, to częstotliwość rezonansowa wypadnie odpowiednio nisko, zapewniając kolumnie głośnikowej wysoką efektywność przetwarzania basu.

Efektywność ta maleje w szybkim tempie wraz z oddalaniem się od częstotliwości rezonansowej, co przekłada się na duży wzrost zapotrzebowania na moc wzmacniacza. W dużym uproszczeniu: powyżej częstotliwości rezonansowej przetwornika niskotonowego w obudowie moc zużywana jest w większości na pokonywanie bezwładności masy drgającej membrany, natomiast poniżej, na walkę membrany ze sprężystością powietrza zawartego w obudowie głośnikowej.

Bowers & Wilkins serii 600 - najprzystępniejsze kolumny w ofercie B&WAle bez ciśnienia!

Warto pamiętać, że ciśnienie atmosferyczne jest bardzo duże – wywiera nacisk aż 1 kg na każdy centymetr kwadratowy powierzchni. Na membranę głośnika niskotonowego działają zatem wielkie siły, kiedy ta tylko zaczyna się poruszać. Wraz ze spadkiem częstotliwości oraz zwiększaniem się wychylenia, różnica ciśnienia pomiędzy wnętrzem obudowy a otoczeniem wywiera na nią coraz większą siłę, przeciwstawiającą się sile generowanej przez napęd. Typowy dwudrożny monitor z 13-litrową obudową, wyposażony w przetwornik niskotonowy o powierzchni membrany 133 cm2 pracującej z wychyleniem +/- 5 mm musi zmagać się z dynamicznym ciśnieniem naciskającym na membranę z siłą do 1 kilograma. Z tego powodu, membrana głośnika niskotonowego musi być nie tylko odpowiednio masywna, ale przede wszystkim bardzo wytrzymała. Z tego samego powodu, głośnik niskotonowy o słabym napędzie lub umieszczony w obudowie o zbyt małej objętości, nie jest zdolny do efektywnego odtwarzania basu.

Perfekcyjny przetwornik niskotonowy – czy to możliwe?

Aby lepiej zrozumieć, czym powinien charakteryzować się dobry przetwornik niskotonowy, musimy na moment oderwać się od rzeczywistości. W idealnych warunkach oraz przy założeniu, że dysponujemy najlepszymi materiałami, głośnik niskotonowy powinien mieć następujące cechy:

  • maksymalna sztywność membrany w całym przenoszonym paśmie dźwięku,

  • średnica przetwornika dopasowana do obudowy, by efektywnie wykorzystać dostępną przestrzeń,

  • nie za duża ani nie za mała masa drgająca,

  • możliwie najsilniejszy układ magnetyczny, aby membrana miała wysoką efektywność,

  • jak największy skok membrany bez generowania zniekształceń.

Oczywiście, w praktyce nie jest możliwe stworzenie przetwornika o zerowej masie membrany, nieskończenie silnych magnesach i potężnym skoku zawieszenia. Rzeczywistość ogranicza nieco możliwości techniczne producentów kolumn, jednak wraz z rozwojem wiedzy o akustyce i materiałach powstają coraz lepsze głośniki. Jakie technologie opracowują inżynierowie, by zbliżyć słuchaczy do muzycznego ideału? Przyjrzyjmy się bliżej kilku świetnym rozwiązaniom.

Głośnik basowy w modelu ELAC VELA FS 408Obudowa – fundament dobrego brzmienia

W osiągnięciu wysokiej jakości brzmienia kluczowe znaczenie ma dobrze zaprojektowana obudowa. Środowisko, w jakim znajdą się przetworniki basowe, ma wpływ na to, jakie brzmienie uzyskają projektanci głośników i kolumn. Na temat obudowy stworzyliśmy już oddzielną część cyklu, dlatego zachęcamy do zapoznania się z bardziej szczegółową wiedzą w tej dziedzinie. W dużym skrócie obudowa zaprojektowana pod kątem wysokiej jakości basu powinna wyróżniać się następującymi cechami:

  • sztywność – absolutna podstawa dobrego brzmienia. Podczas słuchania muzyki wszystkie elementy zewnętrzne i wewnętrzne kolumny głośnikowej są narażone na przenoszenie drgań pochodzących z przetworników. Najsilniejsze drgania wytwarzają membrany basowe, dlatego sztywna struktura obudowy ogranicza jej negatywny wpływ na tonację dźwięku.

  • wysoka masa własna – drugi aspekt ściśle wiąże się z pierwszym, pozwalając obudowie naturalnie pochłaniać energię mechaniczną z drgających membran. Większość producentów uzyskuje wysoką masę kolumn podłogowych i podstawkowych poprzez stosowanie materiałów wysokiej jakości – na przykład odmian drewna o wysokiej gęstości dodatkowo wzmocnionych metalowymi elementami.

  • wytłumienie wewnętrzne – jeżeli kiedykolwiek miałeś okazję słuchać muzyki w pomieszczeniu bez adaptacji akustycznej, to wiesz jaką różnicę robi stosowanie materiałów dźwiękochłonnych. Równie istotna jest ich obecność wewnątrz kolumny. Z wytłumienia szczególnie korzystają przetworniki basowe. Brak niekontrolowanych odbić wewnątrz stabilizuje całe dolne pasmo, dzięki czemu uzyskujemy efekt większej objętości obudowy bez fizycznego zwiększania rozmiarów kolumn.

Sprawdź co potrafią kolumny podłogowe z naszej ofertyObudowa odgrywa kluczową rolę w stworzeniu stabilnych warunków pracy przetworników basowych. Jej właściwe zaprojektowanie gwarantuje równomierne i dynamiczne brzmienie niskich tonów. Dotyczy to także subwooferów.


Jeżeli ktoś ominął, zachęcamy do zapoznania się z pozostałymi częściami cyklu o kolumnach głośnikowych:


Membrana – nośnik informacji

Na drodze do wysokiej jakości basu stoi wyzwanie w postaci stworzenia odpowiedniej membrany. Ten główny komponent głośnika ma decydujące znaczenie dla barwy dźwięku, jaką uzyskają projektanci kolumn. Tonacja może być mniej lub bardziej realistyczna w odbiorze, przy czym należy pamiętać, że maksymalne zbliżenie się do muzyki granej „na żywo” nie jest celem każdego tworzonego modelu. Różne materiały pozwalają na uzyskanie bardziej zrównoważonego lub dynamicznego dźwięku w zależności od pierwotnego przeznaczenia tworzonej kolumny. Przykładowo w głośnikach studyjnych stworzonych z myślą o użytkowaniu w małym, dobrze wytłumionym studiu strojenie będzie inne niż w kompaktowych kolumnach podstawkowych, które następnie znajdą się w domowej przestrzeni.

Parametry głośników basowych są zależne od zastosowanych materiałówZatem, jakie materiały wykorzystują producenci, aby osiągnąć pożądaną wydajność swoich konstrukcji? Oto kilka przykładów:

  • aluminium – metal powszechnie wykorzystywany w świecie urządzeń mobilnych czy samochodach równie dobrze sprawdza się jako główny materiał membrany głośnikowej. Naturalna sztywność połączona z optymalną masą pozwalają uzyskać dużą wydajność przetwornika. W efekcie brzmienie basu charakteryzuje się wysoką precyzją, spójnością i dynamiką. Kolumny z aluminiowymi membranami przeważnie przypadną do gustu słuchaczom poszukującym rozdzielczości w każdym paśmie – również niskich tonach. Jednym z producentów, którzy opanowali sztukę tworzenia przetworników z aluminium niemalże do perfekcji jest ELAC. Model Carina FS247.4 wyróżnia się dynamiką basu, mimo bardzo smukłej obudowy. Wszystko dzięki umiejętnemu korzystaniu ze wspomnianego wyżej metalu.

Indiana Line DJ 310 - masz odpowiedź na dynamiczne potrzeby

  • polipropylen - czyli plastik w różnych odmianach. To bardzo dobry materiał na membrany przetworników niskotonowych, bo jest lekki i sztywny. Jest też stosunkowo niedrogi w produkcji, więc sprawdza się przystępniejszych cenowo zespołach głośnikowych, w których zapewnia dynamiczne brzmienie basu. Dobrym przykładem implementacji takich membran są modele Indiana Line DJ 310 i Indiana Line DJ 308, które potrafią wygenerować imponujące ciśnienie basu w pomieszczeniu odsłuchowym. Mówimy tu zwłaszcza o DJ 310. Jeśli dla kogoś istotny jest głośnik basowy 30 cm w kolumnie głośnikowej to ten model jest bliski osiągnięcia tego wyniku - membrana basowa osiąga tu imponujące 27,5 cm średnicy.

  • mika oraz materiały oparte na celulozie – całkowicie inny charakter dźwięku prezentują przetworniki stworzone z wykorzystaniem miki lub podobnych materiałów opartych w dużej mierze na celulozie. Upraszczając, są to membrany bazujące na papierze, który jest odpowiednio przetworzony i uformowany. Takie konstrukcje mają wiele zalet – często są łatwiejsze w opracowaniu, a sam proces produkcji jest mniej skomplikowany niż w przypadku membran tworzonych z użyciem metali czy kompozytów. Ogromnym atutem celulozy jest jej lekkość. Przekłada się to na niską bezwładność membrany podczas pracy. Dzięki temu brzmienie kolumn może być żywe, bardzo dynamiczne i wyróżniać się unikalnym ociepleniem basu. Przyjemna barwa niskich tonów często wnosi muzykalność na wysoki poziom. Właśnie dlatego kolumny z celulozowymi membranami spotkamy w szerokim spektrum cen – od przystępnych cenowo modeli jak np. Indiana Line Tesi 561, przez średnią półkę kolumn, do której należą choćby Bowers & Wilkins 603 S2 Anniversary Edition.

  • włókno węglowe – do uzyskania najlepszych rezultatów potrzebne są wyczynowe materiały. Należy do nich włókno węglowe popularnie nazywane też karbonem. Jego wyjątkowa wytrzymałość na naprężenia, a przy tym ponadprzeciętna lekkość zachęcają inżynierów do eksperymentowania. Karbon nie należy jednak do łatwych w obróbce, dlatego stworzenie naprawdę dobrego przetwornika basowego wymaga wielu testów, symulacji i modyfikowania projektu. Kosztem trudnego procesu produkcji marki, które najlepiej wykorzystują włókno węglowe tworzą kolumny o fantastycznym brzmieniu. Charakterystyczne wrażenie zwinności basu, wysokiej przejrzystości i możliwość „wejścia” w najdrobniejsze detale nagrań są charakterystyczne dla tego wyjątkowego materiału. Słuchacze szukający niecodziennych materiałów w kontekście przetworników głośnikowych, mogą zwrócić uwagę na kolumny, które posiadają przetworniki basowe z włókna węglowego, niektórzy producenci wzmacniają je dodatkowo grafenem.

Dostawa dużych kolumn głośnikowych, musi zostać odpowiednio przemyślana pod kątem logistycznym

  • kompozyty – na sam koniec pozostawiliśmy najbardziej zróżnicowaną grupę materiałów wykorzystywanych w świecie kolumn. Jak sugeruje nazwa, kompozyty łączą przynajmniej dwa materiały, których właściwości mają za zadanie się uzupełniać. Przykładowo wykorzystanie lekkości papieru można połączyć ze sztywnością tworzyw syntetycznych. W taki sposób powstała choćby membrana Aerofoil zaprojektowana przez inżynierów Bowers & Wilkins.

    Zewnętrzna warstwa wykonana z papieru połączona z polistyrenowym wypełnieniem tworzy lekką i bardzo sztywną membranę. Mocny układ magnetyczny gwarantuje równomierny, tłokowy charakter pracy przetwornika. Efektem tych rozwiązań jest świetnie wyważone i mocne brzmienie niskich częstotliwości. Kompozyty pozwalają uzyskać szeroki spektrum barwowy pasma – od bardzo naturalnego i precyzyjnego, aż do ciepłej tonacji nastawionej głównie na przyjemność odbioru przez dłuższy czas.

Głośnik basowy bez tajemnic – podsumowanie

Jak się okazuje, wierna reprodukcja basu jest bardzo trudna do uzyskania w kolumnach głośnikowych. Współczesna wiedza o fizyce, materiałach i akustyce pozwala producentom konstruować coraz lepsze przetworniki – nie tylko wśród topowych modeli ze swojego portfolio.

Odpowiednia obudowa, jak i pozostałe komponenty wpływają na brzmienie, pozwalając zbliżyć się do wzorca, czyli muzyki granej „na żywo”. Poszukując kolumn z możliwie najlepszą jakością basu, warto zwrócić uwagę na materiał, z jakiego wykonano membrany, a także konstrukcję obudowy. Ostatecznie najlepszym testem będzie odsłuchanie modeli, które początkowo przypadają do gustu w specyfikacji.

Jeśli tworzysz swój pierwszy system stereo lub ulepszasz obecnie posiadany, zachęcamy do zapoznania się z naszą ofertą kolumn głośnikowych oraz wzmacniaczy. Po więcej artykułów na temat dobrej jakości basu oraz brzmienia, które całościowo będzie przyjemne w odbiorze zapraszamy do Strefy Wiedzy na naszym blogu. Można tam znaleźć testy, poradniki i rankingi, które pomogą dokonać trafnego zakupu sprzętu. Fachowej porady udzielą również nasi #EksperciDobregoBrzmienia w salonach Top Hi-Fi & Video Design. Zapraszamy!

Przeczytaj również nasze pozostałe treści:


Muzyka potrafi pisać najlepsze historie. Usłysz swoją, dzięki Top Hi-Fi & Video Design



Poprzedni
Powrót do aktualności
Następny

Polecane

Umów się na prezentację w salonie

W każdym z naszych salonów znajduje się sala odsłuchowa, w której w miłej atmosferze zaprezentujemy Ci brzmienie wybranego przez Ciebie sprzętu audio.

Umów się na spotkanie

Zobacz listę salonów

Umów

Top Hi-Fi & Video Design

Salony firmowe

Salony firmowe

Top Hi-Fi & Video Design: