Kurs_V13.pdf

K U R S

Niezbędnik dla amatorów i profesjonalistów

W głośnikowym żywiole, część 13

Obudowy bas-refleks, część 5

W kilku poprzednich odcinkach przedstawiliśmy zasadę działania

obudowy bas-refleks, a miesiąc temu rozpoczęliśmy opis różnych

sposobów wykonania otworów i tuneli. Teraz dokończenie tego tematu

i na dokładkę omówienie charakterystyki impedancji właściwej działaniu

obudowy bas-refleks.

tonowych), więc i rezonanse

częstotliwości średnich będą

z nich dość szeroko rozpra-

szane i ostatecznie słyszalne

również z drugiej strony ze-

społu głośnikowego.

Okazuje się, że w więk-

szości przypadków wybór

między przednią a tylną

pozycją otworu nie prowa-

dzi do rozwiązania jakich-

kolwiek problemów, ale

też żadnych nie wywołu-

je. Stąd też pewnie takie

„niezdecydowanie” produ-

centów kolumn, w innym

przypadku większość po-

szłaby jednym tropem.

Bardziej kontrowersyjnym

i egzotycznym miejscem dla

otworu bas-refleks jest dol-

na ścianka obudowy. Trze-

ba wówczas przygotować

odpowiednio wysokie nóżki

dystansujące, aby ciśnienie

mogło znaleźć ujście. Jeżeli

Położenie otworu

Również z położeniem

otworu wiąże się wiele mi-

tów i nieporozumień. Cho-

ciaż nie jest to kwestia zu-

pełnie obojętna dla końco-

wych rezultatów, to najważ-

niejsze fakty tego dotyczące

są najmniej znane.

Zwykle rozważa się pod-

stawowy wybór – czy otwór

ma znajdować się na przed-

niej, czy na tylnej ściance

( rys. 49 ). Warto zauważyć,

że w przybliżeniu po poło-

wie są stosowane rozwiąza-

nia realizujące pierwszą, jak

i drugą wersję. To podpo-

wiada, że obydwa rozwią-

zania są w pełni poprawne,

cechy szczególne każdego

z nich nie są silnie zazna-

czone i nie należy oczeki-

wać dramatycznych zmian

wraz z przeniesieniem otwo-

ru z jednej ścianki na dru-

gą. Powszechnie uważa się,

że otwory na tylnej ściance

są „niebezpieczniejsze”, gdyż

ze względu na mniejszą od-

ległość od znajdującej się za

kolumną ściany pomieszcze-

nia, układowi grozi wzbu-

dzenie. Należy zdać sobie

sprawę, że fale promienio-

wane przez otwór mają dłu-

gość znacznie większą, niż

zazwyczaj wynosi odległość

od ścian, więc typowe fa-

lowe zjawiska rezonansowe

między otworem a tylną

ścianą nie powstaną. Ponad-

to, długie fale niskich czę-

stotliwości są przez otwory

o relatywnie bardzo małych

wymiarach promieniowane

wielokierunkowo, a nie kie-

rowane strumieniem w kie-

runku tylnej ściany. Zwięk-

szenie ciśnienia niskich

częstotliwości poprzez zbli-

żenie źródła promieniowania

i powierzchni odbijających

w nieco większym stop-

niu dotyczyć będzie otwo-

ru umieszczonego na tylnej

ściance. Ale uzyskany efekt

nie będzie drastyczny ponie-

waż znajdujący się kilkadzie-

siąt centymetrów dalej, na

przedniej ściance, otwór bas-

-refleks promieniujący wielo-

kierunkowo (z tego

punktu widzenia)

również znajduje

się bardzo blisko

ściany pomieszcze-

nia za kolumną,

gdyż promieniuje

fale znacznie dłuż-

sze niż odległość

między nim a ścia-

ną. Kompletnym

nieporozumieniem

jest natomiast po-

dejrzenie, że otwór

na tylnej ściance promie-

niuje w fazie przeciwnej do

tej, w jakiej promieniowałby

znajdując się na przedniej

ściance. Mówiąc językiem

potocznym, układowi bas-

-refleks jest wszystko jedno,

gdzie znajduje się otwór.

Faza z jaką promieniuje jest

tylko funkcją częstotliwości,

przedstawioną w jednym

z wcześniejszych odcinków.

Owszem, odsunięcie otworu

od głośnika zmienia w pew-

nym stopniu relacje fazowe

między nimi, ale w przypad-

ku zespołów głośnikowych

o przeciętnych wymiarach

zmiana ta nie jest istotna.

Ponownie wystarczy porów-

nać odległość między gło-

śnikiem a otworem z długo-

ścią fali, przy której obydwa

źródła efektywnie współpra-

cują (np. ok. 7 m dla 50

Hz) i widać, że dodatkowe

przesunięcie fazowe będzie

w zasadzie pomijalne.

Zaletą zainstalowania

otworu na tylnej ściance jest

natomiast ograniczenie sły-

szalności rezonansów „pisz-

czałkowych”, generowanych

w zakresie średnich czę-

stotliwości. Ale i zalet nie

przeceniajmy – sądzi się, że

częstotliwości średnie są pro-

mieniowane już kierunkowo,

jednak sposób promieniowa-

nia zależy od relacji między

długością fali a średnicą

jego źródła. Ponieważ otwo-

ry bas-refleks mają zwykle

średnicę niewielką (mniejszą

od głośników nisko-średnio-

Rys. 49 . Otwór może być umiesz-

czony wszędzie – w praktyce naj-

częściej spotykamy go z przodu

i z tyłu, czasami na dolnej ściance

– wówczas należy zapewnić duży

prześwit między obudową a podło-

gą (cokołem)

Rys. 50 . W samej obudo-

wie powstają fale stojące.

Aby były w jak najmniej-

szym stopniu słyszalne po-

przez otwór bas-reflek-

su, jego koniec powinien

znajdować się jak najbli-

żej najcichszego miejsca

obudowy, czyli jej środka.

Najbardziej narażone na

transmitowanie fal stoją-

cych są otwory znajdu-

jące się blisko dolnej lub

górnej ścianki

Elektronika Praktyczna 11/2004

K U R S

Rys. 52 . Typowe wytłumienie obudo-

wy bas-refleks polega na wyłożeniu

ścianek 2...3-cm warstwą – gąbki

poliuretanowej, wełny mineralnej,

itp. Zmniejszanie wytłumienia aż do

jego całkowitego braku może po-

prawić dynamikę basu, ale zagraża

wzbudzeniem się silnych fal stoją-

cych. Całkowite wytłumienie obudo-

wy (włókniną, watą) zlikwiduje fale

stojące, ale i osłabi działanie ukła-

du rezonansowego

podstawowe wzory

określające wymia-

ry okrągłego otwo-

ru są tutaj niewy-

starczające. Zaletą

otworu w dolnej

ściance jest możli-

wość zainstalowa-

nia bardzo długiego

tunelu, nie ograni-

czanego dystansem

między przednią

a tylną ścianką.

Promieniowanie

z takich bas-re-

fleksów – o ile są

dobrze dostrojone

– nie jest obciążo-

ne żadną wadą. Wydawałoby

się, że bliskość podłogi wy-

wołuje te negatywne skutki,

jakich obawiamy się przy

instalowaniu otworu na tyl-

nej ścianie. Jednak w prak-

tyce tak nie jest, co pośred-

nio wskazuje, że i otwór

na tylnej ściance nie jest

niczym specjalnie groźnym.

Jest wszakże jedna różnica

– strojąc bas-refleks umiesz-

czony na dolnej ściance,

stroimy go wraz z „podło-

gą”, warunki akustyczne zo-

stają ustalone. W przypadku

otworu z tyłu, pewne zmia-

ny w funkcjonowaniu ukła-

du powstają na skutek zbli-

żania lub oddalania kolum-

ny od ściany pomieszczenia.

Gdybyśmy jednak z góry

założyli, że obudowa będzie

znajdować się bardzo blisko

ściany, wówczas moglibyśmy

bezpiecznie założyć z tyłu

otwór i dostroić go w ta-

kich warunkach.

Tunele są narażone nie

tylko na generowanie wła-

snych rezonansów pisz-

czałkowych, ale także na

transmitowanie rezonansów

wewnętrznych obudowy,

czyli fal stojących ( rys. 50 ).

Z tego powodu warto starać

się, aby wewnętrzny koniec

tunelu znajdował się jak

najbliżej najcichszego miejsca

w obudowie, jakim jest... jej

środek (fale stojące mają tam

swoje węzły, a najgłośniej

Fot. 51 . Widok jednej

z wersji aluminiowej obu-

dowy zestawu głośnikowe-

go firmy Vienna Acoustics

powierzchnia prześwitu nie

jest wyraźnie większa od

powierzchni samego otwo-

ru, wówczas i powietrze

tam się znajdujące może

się „przyłączyć” do powie-

trza w tunelu, co spowodu-

je zupełnie inne dostrojenie

układu rezonansowego. Ge-

neralnie, konstrukcje takie

należy wykonywać pod kon-

trolą systemu pomiarowego,

jest w strzałkach). Z tego

punktu widzenia najgorszym

miejscem są okolice dolnej

i górnej ścianki, gdzie jest

największe ciśnienie długich

fal stojących. Ciekawe jed-

nak, że wielu producentów

z upodobaniem właśnie tam

lokuje otwory.

Za ciekawostkę mogą

uchodzić niektóre konstruk-

Elektronika Praktyczna 11/2004

K U R S

cje firmy Vienna Acoustics

(np. Schoenberg), w których

ze względu na nietypową

konstrukcję i kształt obudo-

wy (aluminiowa i bardzo

płaska – fot. 8 ), otwór zlo-

kalizowano z boku.

o bardzo wysokich współ-

czynnikach Q ts (pisaliśmy

o tym wcześniej). Natomiast

wypełnianie samego tunelu

materiałem wytłumiającym

jest już rozwiązaniem na

tyle drastycznym, że wy-

łamuje się ono z idei czy-

stego bas-refleksu. Obudowa

zaczyna działać jak układ

z otworem stratnym, podle-

gający już odrębnej analizie.

Wytłumienie

Klasyczne wytłumienie

obudowy bas-refleks polega

na wyłożeniu samych ścia-

nek ok. 3-cm warstwą weł-

ny mineralnej lub gąbki po-

liuretanowej. Zabieg ten ma

na celu zwalczać fale stoją-

ce, nie tłumiąc działania sa-

mego układu rezonansowego

bas-refleks. W praktyce takie

wytłumienie nie jest w peł-

ni skuteczne w przeciwsta-

wianiu się falom stojącym,

jeżeli więc ich dokuczli-

wość jest duża, można za-

stosować grubszą warstwę

materiału absorbującego,

a także dodać trochę luźne-

go materiału bezpośrednio

za głośnikiem. Dopóki ma-

teriał tłumiący nie znajdzie

się w pobliżu otworu, dzia-

łanie układu rezonansowego

będzie efektywne.

Można jednak spotkać

rozwiązania ekstremalne.

Niektórzy konstruktorzy pre-

ferują bardzo skromne wy-

tłumienie obudowy, ponie-

waż słyszą w takiej sytuacji

poprawę dynamiki. Problem

fal stojących można próbo-

wać rozwiązywać wprowa-

dzając nierównoległość ścia-

nek, co oczywiście jest kło-

potliwe i wymaga przygoto-

wania niekonwencjonalnego

projektu, a na pewno warto

postarać się o „najcichszą”

pozycję tunelu, aby tą dro-

gą burza, jaka będzie szalała

w środku, nie wydostawała

się na zewnątrz.

Na drugim skraju są

obudowy bardzo silnie wy-

tłumione, gdzie materiał cał-

kowicie wypełniający skrzyn-

kę znajduje się również

przy samym wlocie tunelu.

Powodem takich działań nie

są już tylko fale stojące, ale

dążenie do stłumienia sa-

mego układu rezonansowego

bas-refleks, co jest polecane

przy stosowaniu głośników

Impedancja

Działanie obudowy bas-

-refleks powoduje powstanie

bardzo szczególnej charakte-

rystyki modułu impedancji.

Na charakterystyce impe-

dancji głośnika swobodnie

zawieszonego lub głośnika

w obudowie zamkniętej,

w zakresie niskich często-

tliwości występuje pojedyn-

cze maksimum, lokujące

się przy częstotliwości re-

zonansowej (f s dla głośnika

swobodnie zawieszonego,

f c dla głośnika w obudowie

zamkniętej). W przypadku

obudowy z otworem zoba-

czymy dwa maksima. Mini-

mum między nimi wskazuje

z dobrym przybliżeniem na

częstotliwość rezonansową

obudowy f b . Pomiar modu-

łu impedancji, który można

przeprowadzić przy użyciu

nawet dość prostych przy-

rządów, często służy do

sprawdzenia, czy częstotli-

wość rezonansowa odpowia-

da założeniom projektowym.

Jednak wypada wiedzieć, że

najdokładniej na częstotli-

wość rezonansową wskazuje

minimum wychylenia mem-

brany głośnika, o którym to

zjawisku pisaliśmy w pierw-

szym odcinku. Dysponując

płynnie przestrajanym gene-

ratorem, zjawisko to można

uchwycić nawet „na oko”.

Pozycja maksimów

względem minimum zale-

ży od wielu czynników.

W przypadku, gdy maksima

te mają symetryczną pozycję

względem minimum i jed-

nakowe wysokości, mamy

do czynienia ze strojeniem

obudowy dokładnie do czę-

stotliwości rezonansowej

głośnika swobodnie zawie-

Elektronika Praktyczna 11/2004

K U R S

szonego (f b = f s ). Teoretycz-

nie, czyli wedle przedsta-

wionych wcześniej modeli,

strojenie takie jest cha-

rakterystyczne dla modelu

SBB4/BB4, który jest rzad-

ko stosowany, ale prawidło-

we także dla znacznie po-

pularniejszego modelu QB3

i SC4, gdy Q ts głośnika

wynosi ok. 0,4. Gdy dostro-

imy obudowę poniżej czę-

stotliwości rezonansowej f s

(a wedle modeli QB3/SQB3

i SC4/C4 należy tak czynić

z głośnikami o Q ts > 0,4),

wówczas minimum przesu-

wa się w stronę niższych

częstotliwości, a „dolne”

maksimum staje się niższe

od „górnego”. I odwrotnie

– gdy dostroimy obudowę

powyżej f s (prawidłowe dla

Q ts < 0,4), wówczas obniża

się górne maksimum. Cha-

rakterystyka modułu impe-

dancji obudowy bas-refleks

może więc zdradzić nie

tylko parametry jej stroje-

nia, ale i niektóre parame-

try samego głośnika.

Poziom w minimum

między wierzchołkami po-

winien być zbliżony do po-

ziomu w minimum za dru-

gim wierzchołkiem (który

służy do określania impe-

dancji znamionowej). Jeże-

li minimum między wierz-

chołkami leży wyraźnie

wyżej, mamy do czynienia

z silnym wytłumieniem

obudowy i jej układu rezo-

nansowego – odbije się to

również na charakterystyce

głośnika w tym zakresie,

odciążenie od wychyleń

nie będzie już tak wyraźne.

Z kolei obniżenie i zaokrą-

glenie dolnego maksimum

wskazuje na pojawienie

się wytłumienia w pobliżu

otworu lub w nim samym

i jest również efektem

niewydolności zbyt małe-

go otworu przy wysokich

poziomach wysterowania.

To naturalne – całkowite

zamknięcie otworu spowo-

dowałoby zniknięcie tego

dolnego maksimum, jak

i automatycznie zniknięcie

minimum między maksima-

mi, górne maksimum lekko

przemieściłoby się w dół

skali częstotliwości i repre-

zentowało rezonans głośni-

ka w obudowie zamkniętej.

Również przy bas-refleksie

górne maksimum pokazuje

częstotliwość rezonansową

głośnika w obudowie już

po „wyłączeniu” się ukła-

du rezonansowego i leży

niedaleko powyżej często-

tliwości f c , jaka powstałaby

po zamknięciu obudowy.

Natomiast dolne maksimum

powstaje na skutek zadzia-

łania układu rezonansowe-

go składającego się z połą-

czonej masy układu drgają-

cego głośnika wraz z masą

powietrza w otworze, i po-

datności samych zawieszeń

głośnika, leży więc zawsze

poniżej częstotliwości f s .

Na kształt każdej cha-

rakterystyki impedancji

( rys. 53 ) wpływa nie tyl-

ko działanie obudowy, ale

i filtrów zwrotnicy. Dlatego

wszystkie opisane zjawiska

dotyczące strojenia i cha-

rakterystyczne dla działania

bas-refleksu mogą zostać

zmodyfikowane przez dzia-

łanie filtrów, utrudniając

interpretację i wnioskowa-

nie co do działania samego

bas-refleksu. Np. czasami

spotyka się linearyzację im-

pedancji w zakresie „gór-

nego” wierzchołka, czasami

działanie filtru subsonicz-

nego, wywołującego wzrost

impedancji w zakresie czę-

stotliwości najniższych, czy

działanie takiego filtru dol-

noprzepustowego, które po-

woduje w pewnym zakresie

spadek impedancji znacznie

poniżej impedancji znamio-

nowej samego głośnika, itd.

Omówiliśmy już wszyst-

kie albo prawie wszystkie

zagadnienia teoretyczne, za

miesiąc zaczniemy prakty-

ki – z pomocą programów

symulacyjnych będziemy

przeprowadzać różne stro-

jenia dla różnych głośni-

ków i obserwować, jakie

otrzymujemy charakterysty-

ki przetwarzania, impulsu,

maksymalnej mocy i impe-

dancji.

Andrzej Kisiel

180

150

120

180

150

120

180

150

120

VIFA-IND PL18W0-09-08

Vented[BB4(S)] 1-Single unit

Vbox = 13.1 I

Fb = 38.00 Hz

F3 = 53.7 Hz

VIFA-IND PL18W0-09-08

Vented[BB4(S)] 1-Single unit

Vbox = 13.1 I

Fb = 50.00 Hz

F3 = 50.1 Hz

VIFA-IND PL18W0-09-08

Vented[BB4(S)] 1-Single unit

Vbox = 13.1 I

Fb = 30.00 Hz

F3 = 64.3 Hz

Spl = 87.4 dB

Ql = 7.0

a = 1.91

Spl = 87.4 dB

Ql = 7.0

a = 1.91

Spl = 87.4 dB

Ql = 7.0

a = 1.91

-30

-60

-90

-120

-150

-180

180

150

120

180

150

120

VIFA-IND PL18W0-09-08

Vented[BB4(S)] 1-Single unit

Vbox = 13.1 I

Fb = 38.00 Hz

F3 = 53.7 Hz

VIFA-IND PL18W0-09-08

Vented[BB4(S)] 1-Single unit

Vbox = 13.1 I

Fb = 38.00 Hz

F3 = 53.7 Hz

Spl = 87.4 dB

Ql = 7.0

a = 1.91

Spl = 87.4 dB

Ql = 7.0

a = 1.91

-30

-60

-90

-120

-150

-180

Rys. 53 . Cechą charakterystyczną impedancji obudów bas-refleks są dwa wierzchołki w zakresie niskich tonów, mini-

mum między nimi leży w okolicach częstotliwości rezonansowej obudowy:

a) dwa równej wysokości wierzchołki wskazują na dostrojenie obudowy do częstotliwości rezonansowej głośnika, czyli

f b =f s ,

b) niższy górny wierzchołek wskazuje na dostrojenie obudowy powyżej częstotliwości rezonansowej głośnika, czyli

f b >f s ,

c) niższy dolny wierzchołek wskazuje na dostrojenie obudowy poniżej częstotliwości rezonansowej głośnika, czyli f b <f s ,

d) niski i spłaszczony dolny wierzchołek wskazuje na wytłumienie w otworze, jego całkowite zamknięcie spowodowa-

łoby zniknięcie tego wierzchołka i powstanie charakterystyki impedancji z jednym wierzchołkiem, charakterystycznym

dla obudowy zamkniętej,

e) poziom w minimum między wierzchołkami wyższy od impedancji znamionowej wskazuje na bardzo silne wytłumie-

nie obudowy.

Elektronika Praktyczna 11/2004

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: