Budowa wewnętrzna kolumny głośnikowej marAim Weles 3.1
podparcie kolumny, kulki, kolce pod kolumny
System 3+1+3. Podpora kolumny głośnikowej Weles 3.1

Czy wykonanie doskonałych kolumn głośnikowych to sztuka? Na pewno sztuka kompromisu. Zestaw głośnikowy to w zasadzie zbiór powiązanych ze sobą rozwiązań, będący tylko jedną z dróg prowadzących do celu. Dotyczy to każdej kolumny, również moich. A więc, wbrew temu co niektórzy sugerują, nie ma głośników bezkompromisowych. Co więcej, ilość wyborów jakie przychodzi dokonać projektantowi rośnie proporcjonalnie do stopnia skomplikowania konstrukcji. A to przecież wybitnie rozbudowane konstrukcje zazwyczaj uchodzą za bezkompromisowe. Ale czy rzeczywiście jest to problemem? Gdyby istniały zestawy prawdziwie bezkompromisowe, to wszystkie brzmiałyby prawdopodobnie tak samo...

 

Jaki zatem zestaw kompromisów realizuję? Czytelników zdeterminowanych do poszerzenia wiedzy zapraszam do lektury.

 


 

Obudowa, nie „skrzynka”.

 

Zacznijmy od tego co rzuca się w oczy na wstępie,- moje kolumny są szerokie i płytkie (patrząc od przodu), czyli inaczej niż większość dzisiejszych kolumn, których projektanci starają się robić kolumny wąskie i głębokie, tłumacząc faktem że wąskie kolumny lepiej rozpraszają dźwięk na boki (choć pewnie większe znaczenie ma „sprzedawalność” zgrabnych od przodu produktów). W zestawach stosuje się także zaokrąglenia krawędzi, tak aby częstotliwość od której zaczynają się efekty dyfrakcyjne (tzw częstotliwość baffle step) nie była jednoznacznie określona (fala dźwiękowa „nie widzi” jednej szerokości kolumny tylko pewien przedział na którym szerokość rośnie). Dzięki temu nierównomierności na charakterystyce częstotliwościowej (schodek dyfrakcyjny) powinny być łagodniejsze. Problem w tym, że wąska ścianka przednia determinuje albo brak zaokrąglenia, albo niewielkie jego promienie, przez co nie mają one praktycznie znaczenia. Ścianka przednia Weles ma 40cm szerokości, jednak trudno tu mówić o ściance – kolumna w przekroju jest ściętą od przodu elipsą. Ścięcie (płaska powierzchnia) ma wymiar 12cm. W wyniku takiej budowy otrzymujemy obudowę, której "akustyczna szerokość” płynnie zwiększa się do 12 do 40cm. Dzięki temu efekt baffle step przebiega bardzo łagodnie, a rozmyty schodek dyfrakcyjny znajduje się niżej na osi częstotliwości (poważniejszy spadek zaczyna się ok 250Hz i postępuje z malejącą częstotliwością). Konieczność zabiegów związanych z elektryczną kompensacją tak przebiegającego efektu baffle step za pomocą dodatkowych elementów w zwrotnicy (które naturalnie wprowadzają zniekształcenia) jest zminimalizowana, ponieważ negatywne efekty osłabienia na charakterystyce poniżej 250Hz można zminimalizować za pomocą odpowiedniego zestrojenia bass reflex, oraz za pomocą odpowiedniego ustawienia kolumn w pomieszczeniu.   


 

Kolejnym zagadnieniem -tak jak „baffle step”, również związanym z szerokością obudowy,- jest zjawisko swobodnej propagacji fal od tylnej strony membrany. Jak wiadomo fala kierowana do wnętrza znajduje się w fazie przeciwnej do dźwięku strony przedniej (słuchanej). To główny powód stosowania obudów głośnikowych, które z założenia mają dźwięk tylnej strony membrany izolować od otoczenia, aby nie dopuścić do zwarcia akustycznego. Niestety w obudowie znajduje się słaby punkt nie wytłumiający praktycznie dźwięku z wnętrza. Jest nią sam głośnik, który z tego punktu widzenia jest fragmentem ścianki kolumny zbudowanym np. z cienkiej warstwy celulozy. Membrana jest więc źródłem dźwięku pożądanego, oraz przegrodą emitującą dźwięki wytworzone w kierunku wnętrza obudowy i odbite od wewnętrznych powierzchni ścianek. Bliskość ścianek bocznych kolumny i głośnika utrudnia walkę z tym zjawiskiem ponieważ fala odbita w takim przypadku jest słabo rozproszona i ma znaczną energię . 

 

Oprócz zwiększenia odległości powierzchni wewnętrznej obudowy od głośników, stosuję inne równie ważne zabiegi rozpraszające energię fali tylnej strony membrany, takie jak bardzo rozwinięta krzywizna powierzchni wewnętrznej obudowy oraz zróżnicowanie i brak symetrii przekrojów. Pozwala to po pierwsze zminimalizować wytłumienie, które zastosowane w nadmiarze potrafi ograniczyć dynamikę w niższym zakresie. Po drugie ograniczamy do minimum problemy z falami stojącymi wewnątrz obudowy.

 

 

Drgania ścianek obudowy. Moje kolumny typowych ścianek nie mają, nie można określić ich jednoznacznych wymiarów, obudowa nie jest nawet pryzmatyczna (występuje w niej 9 różnych przekrojów). Co więcej, w wyniku pewnego zabiegu (o którym za chwilę) nie da się w prosty sposób określić nawet stanu naprężeń konstrukcji, które w przypadku Weles nie wynikają tylko z masy obudowy.

 

Bardzo dobrym sposobem na radzenie sobie z drganiami ścianek jest stosowanie niejednorodności. Może to być brak symetrii, niejednorodność kształtu (np. zmienna grubość ścianek, brak równoległych krawędzi), materiału (np. łączenie różnych materiałów, obudowy warstwowe). Wszystkie te zabiegi sprowadzają się (w bardzo dużym uproszczeniu) do sytuacji tłumienia rezonansów jednego przekroju innymi co do wartości rezonansami przekroju sąsiedniego. W mojej ocenie jest to jedno z kluczowych zagadnień w projektowaniu obudowy, dla tego właśnie zdecydowałem się pójść o krok dalej,- oprócz niejednorodności kształtu i materiału wprowadziłem w układ niejednorodność naprężeń. Zrealizowano to za pomocą 4 prętów gwintowanych ze stali bardzo wysokiej klasy, przebiegających przez całą wysokość konstrukcji. Nie wystarczy tu zastosowanie nakrętki i dobranie odpowiedniego momentu dokręcenia, - takim przypadku naprężenia od siły przyłożonej w miejscu nakrętki, a więc na dwóch końcach kolumny, szybko uległyby dystrybucji i w niewielkiej odległości od góry bądź dołu kolumny przekrój byłby sprężony zbyt równomiernie. Z tego powodu siła sprężająca jest (w pewien wyrafinowany sposób) stale „dokładana” po długości prętów, dzięki czemu różnica w naprężeniach jest istotna w każdym miejscu danego przekroju co dało się przybliżyć na etapie projektu analizując za pomocą metody „elementów skończonych” . Siła ta jest co do wartości bardzo duża i z pewnością nie da się w tak znacznym stopniu dociążyć tradycyjnych skrzynek za pomocą balastu. 

 


 

Koncepcja podziału pasma.

 

Podział pasma na zakresy odpowiednie do zastosowanych przetworników to kolejne zagadnienie, w którym kompromis to słowo-klucz. Z jednej strony większa ilość driverów, wyspecjalizowanych do odtwarzania wybranego pasma to bardzo kusząca perspektywa,- można pokryć sygnałem o użytecznym poziomie większą część pasma, membrany odtwarzające wąskie zakresy nie powodują dużych zniekształceń dopplerowskich i nie są zmuszane do pracy przy częstotliwościach przy których przestają działać jak sztywny tłok... Z drugiej strony nie zapominajmy o idei punktowego źródła dźwięku, której (niestety tylko teoretycznie) idealnym ucieleśnieniem jest głośnik szerokopasmowy będący w opozycji do wielodrożności. Zestawy wielodrożne mają ponadto mniejsze lub większe problemy z przebiegami fazowymi w obrębie częstotliwości podziału pasma między zakresami, a nieliniowe elementy ich rozbudowanych zwrotnic wprowadzają kolejne zakłócenia. Pomimo to uchodzą za bardziej wyrafinowane. Jak zwykle, każda koncepcja ma swoich zdeklarowanych zwolenników a największa część projektantów zakładając podejście zdroworozsądkowe, próbuje znaleźć rozwiązanie pośrednie licząc na połączenie zalet, niestety łącząc niejednokrotnie wady obu koncepcji.

 

Weles 3.1 Jest konstrukcją elektrycznie 2,5 drożną, akustycznie natomiast może być konstrukcją 2 drożną (kiedy zrezygnujemy z uruchomienia tylnego głośnika wysokotonowego) lub 3 drożną. Nazywam ją konstrukcją akustycznie 3 drożną, ponieważ pomimo tego, że znaczna część pasma jest odtwarzana wspólnie przez 2 głośniki (przedni średnio-wysokotonowy i tylny wysokotonowy), to jest to sygnał kierowany w innym kierunku oraz mający inną funkcję.

Bardzo nietypowy podział pasma pomiędzy głośnikami przednimi nisko-średniotonowym oraz średnio-wysokotonowym w granicach 1000Hz jest podyktowany możliwościami 50mm ceramicznego Accutona, który spokojnie poradzi sobie nawet od 800Hz. Jego ograniczenia uwidaczniają się od góry – charakterystyki kierunkowe mierzone na osiach innych niż główna są słabsze od typowych głośników wysokotonowych. Dla czego zatem nie filtrujemy go "od góry" i nie stosujemy klasycznego głośnika wysokotonowego? Po pierwsze jest to realizacja idei punktowego źródła - bardzo dużą część sygnału odtwarza jeden driver. Po drugie,- bo jest to nasza (nie mylić z „jedyną słuszną”) droga do dobrego dźwięku opierająca się na koncepcji „odbić pożądanych i niechcianych” o której parę słów poniżej.

 

Stereofonia, przestrzenność obrazu muzycznego to bardzo ważny aspekt odbioru muzyki. Jestem zwolennikiem koncepcji Joachima Gerharda i Bernda Theissa dotyczących ustawienia kolumn w pomieszczeniu z uwzględnieniem wpływu odbić na te zagadnienia. W wielkim skrócie, koncepcje te opierają się na fakcie, że dźwięk odbity, docierający do słuchacza nie później niż 5ms od dźwięku bezpośredniego, ma negatywny wpływ na budowę właściwej lokalizacji źródeł pozornych, natomiast odbicia późniejsze, o ile nie mają zbyt dużej energii, mogą mieć wpływ pozytywny (jednak są pewne granice- powyżej 60ms zaczynamy odbierać odbicia jako echo, co nie jest pożądane). W praktyce oznacza to konieczność takiego ustawienia zestawów i wytłumienia powierzchni pomieszczenia aby ograniczyć odbicia od podłogi, sufitu, oraz bliżej usytuowanych ścian. Takie działania można wspomóc również obniżając poziom emisji dźwięku w kierunku bliższych przegród. Należy także zauważyć, że wartość 5 ms jest uogólniona i zależna w rzeczywistości od długości fali a w rezultacie od częstotliwości,- im wyższa tym wartość ta będzie się zmniejszać. Dlaczego zatem w typowych konstrukcjach walczymy o dobre charakterystyki kierunkowe głośników wysokotonowych? Oprócz osiągnięcia wyrównanego brzmienia na większej powierzchni pomieszczenia, chodzi także o odbicia późniejsze od umownych 5 ms, które są wg tej koncepcji pożądane. W moich zestawach ma je zapewniać tylna kopułka (o ile odczujemy taką potrzebę) dla tego dopuszczam większe skupianie dźwięku przez głośnik przedni. Warunkiem poprawnego zestrojenia układu musi być możliwość regulacji poziomu tylnego głośnika w zależności od warunków odsłuchu. W większości przypadków głośnik ten pracować będzie z niewielkim natężeniem lub nie będzie pracował wcale, jednak zawsze jest to kwestia zależna od pomieszczenia i ustawienia kolumn. W związku z tym, że zalecam ustawienie zestawów przednim głośnikiem średnio-wysokotonowym w pozycji dokładnie w kierunku słuchacza, przetwornik tylny umieściłem pod kątem względem głośnika przedniego (nie jest on w osi obudowy). Daje to dodatkową możliwość regulacji poprzez zamianę kolumny lewej z prawą (tylny tweeter będzie wtedy pracował bardziej lub mniej odgięty w kierunku środka sceny, mimo że przedni pozostanie skierowany ku słuchaczowi w obu przypadkach). Wraz z 5 stopniami regulacji głośności tylnego głośnika daje to 10 różnych opcji optymalizacji przy założeniu jednej pozycji głośników przednich.

 

Uwaga dodatkowa. Wg moich obserwacji jest jeden wyjątek, w którym odbicia, nawet późne, są jednoznacznie szkodliwe. Dotyczy to sytuacji, gdy fala po odbiciu od ściany bądź innej przegrody odbija się ponownie od obudowy kolumny w kierunku słuchacza. Z tego „świętego miejsca” powinien docierać do nas tylko dźwięk bezpośredni. Jest to jeden z powodów dla którego pokrywam kolumny materiałami miękkimi (na płaskiej części frontu kolumny, pod aksamitem, stosuję także dodatkową warstwę wytłumiającą).

 


 

Podparcie.

 

Wg mojej (i nie tylko) opinii koncepcja izolacji poprzez zmniejszenie powierzchni styku między podłogą a kolumną nie jest do końca skuteczna, dlatego zdecydowałem się połączyć ją z zastosowaniem miękkich, odpowiednio dobranych absorberów. Podstawową realizacją typowego rozwiązania spotykanego w kolumnach są kolce i kule. Stożek lub kula teoretycznie styka się punktowo z płaską powierzchnią, w rzeczywistości jednak pole kontaktu zależy od wytrzymałości materiałów. Niektórzy producenci, świadomi tego problemu, postawili na materiał,- stosują łożyska z twardych materiałów – stali łożyskowych, ceramiki i... stawiają je na podstawkach z aluminium lub stali. Jaki sens ma stawianie ceramiki o wytrzymałości 1300-1600 MPa na aluminium? Pole kontaktu będzie odwrotnie proporcjonalne do wytrzymałości słabszego materiału.

Z takich obserwacji wyrosła koncepcja systemu 3+1+3 który polega na wykorzystaniu dużej, wyjątkowo twardej kuli i 3 równie twardych kul pod nią oraz nad nią. Powierzchnia styku rozkłada się na 3 pola kontaktowe między dużą kulą a mniejszymi. Dzięki twardości ceramiki nasze ważące ponad 40kg kolumny, mają faktyczny styk z podłożem na poziomie 0,26 mm2 (sumaryczna powierzchnia styku wszystkich podpór w wersji Weles 3.1 Ultra).

 

M Markowski

 

 

 

 


 

2018 marAim Audio loudspeakers & Marcin Markowski 

Start

Weles 3.1

Technologia

Kontakt

Modyfikacje kolumn