Stworzenie pełnowymiarowego systemu stereo jest marzeniem większości audiofilów. Moment, w którym po całym dniu intensywnej pracy można po prostu rozsiąść się w fotelu, włączyć sprzęt i ulubioną płytę, jest dla wielu prawdziwą rozkoszą. Aby jednak osiągnąć pożądane rezultaty brzmieniowe potrzebny jest czas i przemyślenie dobranie komponentów. Kluczem do pięknego dźwięku w domowym zaciszu są oczywiście kolumny, dlatego należy poświęcić im szczególną uwagę.
Jeżeli ktoś ominął, zachęcamy do zapoznania się z pozostałymi częściami cyklu o kolumnach głośnikowych:
Właśnie dlatego jako eksperci dobrego brzmienia przedstawiamy cykl, który w intuicyjny sposób przybliży w jaki sposób działa zespół głośnikowy. Spojrzymy na różnice konstrukcyjne, właściwości materiałów oraz pozostałe czynniki decydujące brzmieniu, które wywołuje szeroki uśmiech. Zaczynamy!
Trudne zadanie
Zanim zagłębimy się w techniczne aspekty konstrukcji, warto zwrócić uwagę na rolę kolumny głośnikowej w systemie stereo lub kina domowego. Jej zadanie jest kluczowe, ponieważ pozwala usłyszeć muzykę zapisaną początkowo na nośniku fizycznym (takim jak płyta CD) lub w postaci pliku, a następnie przetworzoną przez resztę komponentów (przetwornik cyfrowo-analogowy, wzmacniacz). Bez względu na to, jak dobrym źródłem sygnału dysponujemy oraz jak doskonały jest wzmacniacz, nie usłyszymy dźwięku bez kolumn.
Technicznie zadanie głośnika wydaje się proste – membrana wprawia w ruch powietrze znajdujące się w pomieszczeniu. Dzieje się tak za sprawą dostarczonego do kolumny sygnału, a drgania te odbieramy zmysłem słuchu jako dźwięk. Ponieważ proces ten jest przetworzeniem sygnału na ruch, poszczególne głośniki w kolumnie nazywa się przetwornikami. Tylko tyle? Raczej aż tyle! Dobrze brzmiące kolumny muszą spełnić kilka podstawowych założeń konstrukcyjnych.
Konstrukcja sekretem do dobrego brzmienia
Wiemy już, jakie zadanie wykonuje kolumna głośnikowa oraz podstawowy sposób pracy przetwornika. Chociaż zasada działania przetworników wydaje się bardzo prosta, w świecie akustyki nic nie jest czarno-białe. Dźwięk może nabierać różnorodnego charakteru w zależności od czynników zewnętrznych (pomieszczenie, dobór sprzętu) oraz „wewnętrznych”, czyli konstrukcji i komponentów użytych do budowy samej kolumny. Wszystko to składa się na efekt końcowy i wrażenia z jakim odbieramy brzmienie.
Konstrukcja każdego zespołu głośnikowego to trzy główne komponenty – obudowa, przetworniki oraz zwrotnica. Aby stworzyć spójną całość potrzeba wielu obliczeń, testów i częstych modyfikacji jeszcze na etapie projektowania. Umiejętność w dobraniu poszczególnych składników przez producenta przełoży się na to, co finalnie usłyszymy. Przyjrzymy się pierwszej z trzech najważniejszych części – obudowie.
Obudowa nie tylko dla ozdoby
Wybierając sprzęt grający, który ma zagościć w naszym wnętrzu, niewątpliwie zwracamy uwagę na jego wygląd, co też biorą pod uwagę producenci kolumn. Jednak obudowa pełni więcej funkcji, niż bycie po prostu estetycznym opakowaniem. To przede wszystkim środowisko pracy przetworników, które zostaną umieszczone właśnie tam. Przy projektowaniu bierze się więc pod uwagę nie tylko miłe dla oka proporcje, ale również odpowiedni materiał czy grubość poszczególnych ścian.
Do wykonania obudowy używa się szerokiego wachlarza materiałów – od standardowych płyt MDF, poprzez aluminium, aż do zaawansowanych technologicznie kompozytów oraz egzotycznych materiałów, takich jak karbon i rzadkich stopów metali. Na tak wstępnym etapie wybory projektantów znacząco przełożą się na finalny wygląd i brzmienie produktu. W zależności od materiałów konstrukcja będzie miała różne parametry sztywności, czy tego jak zmienia tonację poszczególnych pasm dźwięku. Aby poprawić parametry akustyczne często stosuje się wytłumienie pianką lub połączenie mat akustycznych z tym pierwszym. Sięgając po topowe propozycje producentów takich jak Bowers & Wilkins czy Magico wnętrze dodatkowo wyposaża się w specjalnie zaprojektowane usztywnienia. Mogą one być wykonane z drewna lub metali czy innych twardych materiałów – podobnie jak sama obudowa. Wewnętrzny szkielet dodatkowo stabilizuje całość podczas pracy kolumny, redukując przenoszenie się drgań.
Jak widać, wybór właściwej konstrukcji może być trudnym zadaniem nawet dla doświadczonych inżynierów. Kształt, materiały oraz wymiary tworzą wiele zmiennych mających wpływ na brzmienie kolumny, dlatego całość należy projektować niemal jak instrument, dbając o każdy szczegół. W skutecznym opracowaniu zawsze pomocne okazują się pomiary poprzednio opracowanych modeli, prototypów oraz dotychczasowa wiedza z zakresu fizyki czy akustyki. Wszystko to pozwala zaprojektować optymalną obudowę, która stworzy bazę przetwornikom. Właśnie, jakie zadania spełnia każdy z nich?
Zwrotnica, czyli gwiazda „show”
Nawet najlepszy zestaw przetworników nie zagra prawidłowo bez zwrotnicy. Czym ona jest? Można powiedzieć, że to mózg każdej kolumny. Ten stosunkowo prosty obwód elektryczny decyduje o podziale pasm częstotliwości, przekazując poszczególne części sygnału na odpowiedni głośnik. Zadanie znów może wydawać się proste, ale po raz kolejny okazuje się, że w świecie dobrego brzmienia wszystko tkwi w szczegółach.
Aby poszczególne głośniki mogły spełnić swoje zadanie potrzebują dostać precyzyjny sygnał, oddzielony od pozostałych pasm. Przykładowo głośnik zoptymalizowany do przekazywania basu powinien zając się wyłącznie tym pasmem. Właśnie tutaj zwrotnica odgrywa główne zadanie. Odcina pewne częstotliwości dla poszczególnych przetworników, a inne „przepuszcza”, czego efektem jest podział pasma akustycznego. Od jego realizacji zależy końcowe brzmienie kolumny oraz spójność między wysokimi tonami, średnicą, a basem.
Przykładowo, jeśli w procesie tworzenia strojenie poszło by w złym kierunku, niektóre fragmenty pasm mogłyby się na siebie nakładać. Przykładowo część wyższego basu przekazywałby nie tylko głośnik niskotonowy, ale też średniotonowy. Wówczas okazałoby się, że charakter dźwięku przechylił się na jedną stronę (zbyt basowe, ciężkie brzmienie). Zatem podział częstotliwości oraz jakość komponentów użytych w zwrotnicy ma kluczowe znaczenie dla ostatecznych efektów. Więcej o tym często pomijanym elemencie kolumny głośnikowej powiemy w oddzielnym tekście serii.
Przetwornik wysokotonowy
Muzyka ma w sobie sporo delikatności i całe mnóstwo szczegółów, za których przenoszenie odpowiadają głównie wysokie tony. To dźwięki mieszczące się w zakresie od 3kHz do 20kHz potocznie określane „górą”.
Mówi się, że ideały nie istnieją, ale właśnie dlatego chwilę o nich pomyślmy. Jakie cechy powinien mieć perfekcyjny głośnik wysokotonowy? Gdyby wykluczyć prawa fizyki, musiałby cechować się następującymi właściwościami:
- bardzo wysoką proporcją sztywności do masy – czyli ważyć praktycznie nic, ale jednocześnie mieć właściwości zbliżone do stali czy tytanu.
- idealną izolacją od pozostałych przetworników, które podczas pracy wytwarzają silniejsze drgania niż niewielki głośnik wysokotonowy.
- konstrukcją pozwalająca membranie drgać bez żadnych dodatkowych rezonansów – i to nawet przy najwyższych słyszalnych częstotliwościach. Niepożądane wibracje negatywnie wpływają na jakość dźwięku.
Materiały jak i sama konstrukcja przetworników bardzo się różni w zależności od klasy kolumny. Pod względem budowy najpopularniejsze są przede wszystkim dwa rodzaje konstrukcji:
- kopułka, gdzie wypukła część przetwornika zaczyna pracować po dostarczeniu sygnału elektrycznego poprzez umieszczoną z tyłu cewkę
- wstęga, czyli bardziej zaawansowane rozwiązanie najczęściej tworzone w oparciu o drgania wynikające działania specjalnego układu elektromagnetycznego
W zależności od zastosowanej technologii producent może uzyskać pożądane efekty brzmieniowe – więcej muzykalności brzmienia lub podkreśloną precyzję. Dokładne różnice między poszczególnymi rodzajami przetworników wysokotonowych omówimy w późniejszych częściach cyklu.
Przetwornik średniotonowy
Największa część muzycznej treści znajduje się w średnicy. Pasmo to obejmuje zakres częstotliwości od 300Hz do około 3000Hz. Odgrywa ważną rolę w postrzeganiu walorów brzmieniowych sprzętu grającego.
Można śmiało stwierdzić, że przetwornik średniotonowy nie ma łatwego życia – musi przecież przekazać dużą część brzmienia naturalnych instrumentów, ale również wokalistów. Każdy z nich jest inny, a do osiągnięcia jak najlepszej jakości męskich głosów wymagane są odmienne parametry akustycznych niż w lekkich i wysokich wokalach żeńskich. Co zatem jest niezbędne, by to wszystko pogodzić z możliwie najlepszym rezultatem?
- Wysoka sztywność membrany – podobnie jak w przypadku pozostałych pasm niezbędna jest możliwie szybka praca układu.
- Materiał, który nie wnosi zbyt dużo do barwy dźwięku – szczególnie jeśli mają to być zmiany niekorzystne dla tonacji.
- Mocny układ magnetyczny umieszczony za membraną.
- Odpowiedni sposób aplikacji przetwornika w obudowie – ważne jest wytłumienie i odizolowanie względem pozostałych głośników.
Aby choć trochę zbliżyć się do wyżej opisanych cech producenci kolumn stosują różnorodne materiały. Oto kilka popularnych rozwiązań:
- tworzywa na bazie papieru – mika lub celuloza,
- metalowe plecionki,
- membrany wykonane w całości z metali – np. aluminium,
- specjalnie skomponowane mieszanki tworzyw sztucznych,
- włókna i kompozyty – te występują głównie w konstrukcjach z wyższej półki cenowej.
Wszystko te rozwiązania tworzy się w jednym celu – osiągnięcia jak najwyższej wierności przekazywanego dźwięku. Gdy projekt osiągnie te założenia, brzmienie naprawdę zachwyca. Więcej szczegółów związanych z głośnikami średniotonowymi omówimy w oddzielnej części tego cyklu.
Przetwornik niskotonowy
Koniec końców muzyka potrzebuje bazy, która wypełnia całość. Rolę tę pełnią właśnie niskie tony, powszechnie określane basem. Pasmo to w słyszalnym dla większości zakresie składa się z częstotliwości od 20Hz do około 300Hz.
Podobnie jak w przypadku wcześniej opisanych przetworników, basowej części również można wyznaczyć cechy referencyjne. Idealny głośnik niskotonowy powinien wyróżniać się następującymi cechami:
- możliwie najniższy stosunek sztywności do masy - podobnie jak wcześniej cecha ta jest kluczowa dla optymalnych właściwości brzmieniowych
- wydajny układ magnetyczny, pozwalający na szybkie odciągnięcie membrany
- zawieszenie stabilizujące pracę w jednym kierunku – idealnie głośnik powinien pracować wyłącznie w jednej osi i nie odchylać się na boki choćby minimalnie
Choć w świecie z działającymi prawami fizyki ideałów nie ma, projektanci zbliżają się do perfekcji dzięki stosowaniu nowoczesnych materiałów. Oto niektóre z nich
- celuloza – powszechnie stosowana w kolumnach z przystępnej półki cenowej, choć wysokiej jakości przetworniki z tym materiałem spotyka się również w sprzęcie klasy hi-end
- kompozyty z włókna drzewnego lub węglowego – materiały zapewniające lekkość i wysoką sztywność
- membrany metalowe – wykonane z użyciem aluminium lub stali
- konstrukcje hybrydowe różnego rodzaju – np. membrany z lekkich tworzyw pokryte warstwą metalu
Nowoczesne rozwiązania w zakresie materiałów pozwalają inżynierom osiągać świetne rezultaty nawet z głośników o stosunkowo małej średnicy. Więcej na temat rozwiązań technologicznych powiemy w oddzielnej części cyklu.
Więcej już wkrótce
Mamy nadzieję, że skutecznie wprowadziliśmy naszych czytelników do nowej serii tekstów na naszym oficjalnym blogu. Jej celem będzie przybliżenie najróżniejszych aspektów budowy kolumn głośnikowych. Jesteśmy pewni, że cykl zaciekawi nie tylko wytrawnych melomanów z tysiącami godzin odsłuchów muzyki na „koncie”. Postaramy się również przybliżyć unikalne rozwiązania techniczne i materiałowe i wyjaśnić, dlaczego zdecydowano się właśnie na nie. Pozwoli to każdemu poznać różnice między kolumnami z przystępnego segmentu cenowego, a totalnym hi-endem. Jesteśmy pewni, że lektura poszerzy Waszą wiedzę!
Tymczasem zapraszamy do zapoznania się z innymi tekstami publikowanymi na blogu Top Hi-Fi & Video Design. Dla tych, którzy poszukują świetnych słuchawek lub innego sprzętu grającego pomocna okaże się Strefa Wiedzy, gdzie tworzymy profesjonalne rankingi, poradniki i rekomendujemy sprzęt, którego sami chcielibyśmy używać. Serdecznie zapraszamy!
Komentarze
Kolejny świetny wpis!!