1

OBUDOWY GŁO

Ś

NIKOWE

Profesjonalne konstruowanie zespołów gło

ś

nikowych wymaga bardzo

du

ż

ej wiedzy technicznej. Jednak budowanie zespołów gło

ś

nikowych przez

konstruktorów - amatorów o ró

ż

nym stopniu zaawansowania jest bardzo

popularne. W Polsce spowodowały to wieloletnie braki rynkowe w ofercie

zespołów gło

ś

nikowych. Troch

ę

łatwiejszym zadaniem było zaopatrzenie si

ę

w

same gło

ś

niki firmy TONSIL. T

ą

drog

ą

powstały konkurencyjne cenowo kopie

popularnych Altusów itp., a czasami były to konstrukcje odmienne i bardziej

interesuj

ą

ce.

Na całym

ś

wiecie, a dzisiaj ju

ż

równie

ż

w Polsce, przy ogromnym wyborze

fabrycznych zespołów gło

ś

nikowych, motywacja do podobnego majsterkowania

musi by

ć

inna - zamiłowanie do realizacji własnych, oryginalnych pomysłów.

Projektowanie zespołów gło

ś

nikowych daje szerokie mo

ż

liwo

ś

ci.

Zbudowanie zespołów wysokiej klasy jest mo

ż

liwe przy wysokich

kosztach i du

ż

ym do

ś

wiadczeniu, ale zaczyna

ć

mo

ż

na od konstrukcji bardzo

prostych, w oparciu o tanie gło

ś

niki i cz

ęś

ci oraz znajomo

ść

podstawowych

praw. Efekt pracy jest zawsze spektakularny - nie ma dwóch zespołów

gło

ś

nikowych brzmi

ą

cych tak samo!

Najpowszechniej stosowany rodzaj gło

ś

nika - przetwornika

elektroakustycznego, nazywany gło

ś

nikiem dynamicznym, wytwarza ci

ś

nienie

akustyczne po obydwu stronach membrany. Ze wzgl

ę

du na przeciwn

ą

faz

ę

fal

promieniowanych przez ka

ż

d

ą

ze stron (zag

ę

szczeniu

ś

rodowiska po jednej

stronie towarzyszy rozrzedzenie po stronie przeciwnej), konieczne jest

zapobieganie ich wzajemnym interferencjom i znoszeniu si

ę

. Jest to

najpowa

ż

niejszy problem wyst

ę

puj

ą

cy przy konstruowaniu zestawów

gło

ś

nikowych.

2

Dla doskonałej separacji energii promieniowanych przez obydwie strony

membrany wprowadza si

ę

teoretyczne poj

ę

cie niesko

ń

czenie wielkiej odgrody,

której praktyczna realizacja jest oczywi

ś

cie niemo

ż

liwa. Odgroda o wymiarach

sko

ń

czonych i mo

ż

liwych do zaakceptowania, przy najni

ż

szych

cz

ę

stotliwo

ś

ciach (czyli przy du

ż

ych długo

ś

ciach fal) nie zapewnia

wystarczaj

ą

cego przesuni

ę

cia fazy, wynikaj

ą

cego z ró

ż

nicy dróg od obydwu

stron membrany do ucha słuchacza.

W przypadku gło

ś

ników przetwarzaj

ą

cych zakres wysokich

cz

ę

stotliwo

ś

ci, sama konstrukcja gło

ś

nika zamyka tyln

ą

stron

ę

membrany i

wytłumia promieniowan

ą

przez ni

ą

fal

ę

. Dopiero zapewnienie wła

ś

ciwych

warunków pracy gło

ś

ników

ś

redniotonowych, a szczególnie niskotonowych,

wymaga zastosowania specjalnych zabiegów.

Okazuje si

ę

,

ż

e przy zastosowaniu gło

ś

nika o du

ż

ej

ś

rednicy membrany,

potrzebnej do wytworzenia odpowiedniego ci

ś

nienia akustycznego, obudowa o

bardzo małej obj

ę

to

ś

ci nie zapewni wła

ś

ciwych parametrów układu gło

ś

nik-

obudowa, wymaganych dla prawidłowego przetwarzania najni

ż

szych

cz

ę

stotliwo

ś

ci.

Rozwi

ą

zanie problemu energii promieniowanej przez tyln

ą

stron

ę

membrany mo

ż

e post

ę

powa

ć

dwoma podstawowymi kierunkami.

Po pierwsze, z u

ż

yciem obudów odwracaj

ą

cych w pewnym zakresie faz

ę

fali promieniowanej przez tyln

ą

stron

ę

membrany i wypromieniowuj

ą

cych jej

energi

ę

na zewn

ą

trz.

Po drugie, przez zastosowanie obudów tłumi

ą

cych energi

ę

promieniowan

ą

przez tyln

ą

stron

ę

membrany. Niektóre konstrukcje ł

ą

cz

ą

obie te metody.

3

W

ś

ród współczesnych praktycznych rozwi

ą

za

ń

wymieni

ć

nale

ż

y

nast

ę

puj

ą

ce typy obudów:

-

zamkni

ę

te;

-

z otworem (bass-reflex) i ich szczególny przypadek obudowy z

membran

ą

biern

ą

;

-

typu band – pass (pasmowo-przepustowe);

-

labiryntowe - z akustyczn

ą

lini

ą

transmisyjn

ą

;

-

tubowe.

Ka

ż

dy z wymienionych typów mo

ż

e mie

ć

wiele odmian.

Obudowa zamkni

ę

ta

Rodzaj i parametry mo

ż

liwej do zastosowania obudowy

ś

ci

ś

le wi

ążą

si

ę

z

parametrami okre

ś

lonego gło

ś

nika (dokładny opis – Elektronika praktyczna,

8/94).

Wszystkie wa

ż

ne z tego punktu widzenia parametry elektryczne i

mechaniczne gło

ś

nika (bez obudowy) zostały zintegrowane w tzw. parametrach

Thiele'a-Smalla:

fs - cz

ę

stotliwo

ść

rezonansowa

QTS - dobro

ć

całkowita

VAS - obj

ę

to

ść

ekwiwalentna

Podstawowy rezonans mechaniczny gło

ś

nika jest rezonansem

zawiesze

ń

i masy membrany wraz z mas

ą

współdrgaj

ą

cego powietrza. Poni

ż

ej

cz

ę

stotliwo

ś

ci rezonansowej znacznie spada sprawno

ść

przetwarzania energii

elektrycznej w akustyczn

ą

(patrz ch-ka cz

ę

stotliwo

ś

ciowa).

4

Cz

ę

stotliwo

ś

ciowa charakterystyka przetwarzania w zakresie

cz

ę

stotliwo

ś

ci rezonansowej i poni

ż

ej niej, a tak

ż

e zdolno

ść

przetwarzania

impulsów, zale

żą

od warto

ś

ci dobroci całkowitej układu rezonansowego

gło

ś

nika QTS, która jest funkcj

ą

(okre

ś

lon

ą

odp. wzorem) dobroci mechanicznej

QMS oraz dobroci elektrycznej QES .

Obj

ę

to

ść

powietrza, której podatno

ść

odpowiada podatno

ś

ci zawiesze

ń

przy okre

ś

lonej powierzchni membrany danego gło

ś

nika, stanowi o warto

ś

ci tzw.

obj

ę

to

ś

ci ekwiwalentnej, poniewa

ż

wbudowanie gło

ś

nika do obudowy

zamkni

ę

tej powoduje dodatkowe zawieszenie membrany na poduszce

powietrznej.

Wbudowanie gło

ś

nika do obudowy powoduje równie

ż

zmian

ę

warto

ś

ci

dobroci. Dobre odtworzenie impulsów uzyskuje si

ę

przy dobroci mniejszej od

0,7.

Przykładowe parametry 25cm gło

ś

nika niskotonowego (PEERLESS PT

250M) s

ą

nast

ę

puj

ą

ce:

fs = 28Hz

QTS = 0,4

WAS = 160dm

3

U

ż

ycie obudowy zamkni

ę

tej o obj

ę

to

ś

ci np. 10dm

3

spowoduje wzrost

cz

ę

stotliwo

ś

ci rezonansowej i dobroci do warto

ś

ci: fs = 115Hz, QTC = 1,65

(QTC jest dobroci

ą

gło

ś

nika w obudowie zamkni

ę

tej).

S

ą

to warto

ś

ci zdecydowanie zbyt wysokie ze wzgl

ę

du na wynikaj

ą

ce z

nich pasmo przenoszenia, liniowo

ść

charakterystyki oraz przetwarzanie

impulsów.

5

Dokładny sposób wylicze

ń

podano w artykule.

Integraln

ą

cz

ęś

ci

ą

obudowy zamkni

ę

tej jest jej wypełnienie materiałem

tłumi

ą

cym. Zapobiega ono w du

ż

ym stopniu szkodliwym rezonansom - nie

dopuszcza do powstawania fal stoj

ą

cych mi

ę

dzy naprzeciwległymi (najcz

ęś

ciej

równoległymi)

ś

ciankami wewn

ą

trz obudowy, osłabia drgania samej konstrukcji.

Tak

ż

e dzi

ę

ki ni

ż

szej pr

ę

dko

ś

ci d

ź

wi

ę

ku w materiale tłumi

ą

cym pozwala

zastosowa

ć

obudow

ę

do kilkunastu procent mniejsz

ą

. Gło

ś

nik niskotonowy,

przeznaczony do obudowy zamkni

ę

tej, powinien mie

ć

zarówno jak najni

ż

sze

warto

ś

ci QTS, fs i VAS, jak równie

ż

odpowiedni

ą

proporcj

ę

fs/QTS .

Obudowa zamkni

ę

ta jest najprostsz

ą

praktyczn

ą

realizacj

ą

idei eliminacji

energii promieniowanej przez tyln

ą

stron

ę

membrany. Jest równie

ż

łatwa w

zaprojektowaniu. Przyj

ę

cie zało

ż

enia np. 0,5 < QTC < 0,7 wyznacza bardzo

du

ż

y zakres obj

ę

to

ś

ci obudowy mo

ż

liwej do u

ż

ycia. Du

ż

a tolerancja, je

ś

li chodzi

o ten najistotniejszy konstrukcyjny parametr, zach

ę

ca konstruktorów amatorów

do projektowania i budowy tego typu obudów. Obudowa zamkni

ę

ta jest

„najbezpieczniejszym” rozwi

ą

zaniem.

Podstawow

ą

wad

ą

obudowy zamkni

ę

tej jest niewykorzystanie energii

tylnej strony membrany. Dlatego obecnie dominuj

ą

c

ą

konstrukcj

ą

firm

gło

ś

nikowych jest obudowa z otworem, wykorzystuj

ą

ca cz

ęść

tej energii.

Zaprojektowanie takiej obudowy jest znacznie trudniejsze, a wymagania

stawiane u

ż

ywanemu gło

ś

nikowi niskotonowemu surowsze.

6

Obudowa bass-reflex

System bass-reflex (obudowa z otworem) wykorzystuje energi

ę

promieniowan

ą

przez tyln

ą

stron

ę

membrany do pobudzenia układu

rezonansowego obudowy i wypromieniowania energii z zakresu cz

ę

stotliwo

ś

ci

rezonansowej tego układu na zewn

ą

trz. Jest to tzw. zjawisko rezonansu

Helmholtza.

Układ rezonansowy obudowy wspólnie tworz

ą

: masa powietrza w otworze

i w tunelu otworu, okre

ś

lona jego powierzchni

ą

i długo

ś

ci

ą

, i tzw. podatno

ść

powietrza w obudowie, okre

ś

lona jego obj

ę

to

ś

ci

ą

i powierzchni

ą

działaj

ą

cego na

ni

ą

otworu.

Przy cz

ę

stotliwo

ś

ci rezonansowej praca układu bass-reflex odci

ąż

a

gło

ś

nik niskotonowy od du

ż

ych amplitud. W tym zakresie główn

ą

cz

ęść

energii

promieniuje otwór, w fazie przesuni

ę

tej o ok. 90

0

wzgl

ę

dem fali promieniowanej

przez sam gło

ś

nik.

Poni

ż

ej cz

ę

stotliwo

ś

ci rezonansowej przesuni

ę

cie fazy zwi

ę

ksza si

ę

do

prawie 180

o

, a otwór promieniuje energi

ę

porównywaln

ą

z wytwarzan

ą

przez

gło

ś

nik (gło

ś

nik przepompowuje powietrze w obudowie). Wypadkowe ci

ś

nienie

akustyczne jest w tym wypadku bardzo małe.

Powy

ż

ej cz

ę

stotliwo

ś

ci rezonansowej bass-reflex stopniowo przestaje

pracowa

ć

, a udział energii wytwarzanej przez gło

ś

nik wzrasta.

Jedn

ą

z wa

ż

nych korzy

ś

ci ze stosowania obudowy z otworem jest

zmniejszenie wychylenia membrany przy cz

ę

stotliwo

ś

ciach zbli

ż

onych do

rezonansowej, co w du

ż

ym stopniu redukuje zniekształcenia nieliniowe.

7

Zysk w sprawno

ś

ci (w stosunku do obudowy zamkni

ę

tej) wyst

ę

puje w nie

tylko zakresie cz

ę

stotliwo

ś

ci rezonansowej (o ile efektywno

ść

promieniowania

otworu jest du

ż

a), ale przede wszystkim w zakresie ok. 1 oktawy powy

ż

ej niej,

gdzie energi

ę

wytwarzaj

ą

zarówno otwór, jak i gło

ś

nik, a ich fazy s

ą

zgodne.

Projektowanie tego typu obudów dokładnie opisane jest w Elektronika

Praktyczna, 9/94, 10/94 i 11/94.

Obudowa typu band-pass (pasmowo-przepustowa) (EP 12/94)

Jak wynika z działania obudowy z otworem (EP 9/94), energia

promieniowana przez tyln

ą

stron

ę

membrany jest przekazywana przez otwór na

zewn

ą

trz w pewnym ograniczonym zakresie cz

ę

stotliwo

ś

ci. Powy

ż

ej

cz

ę

stotliwo

ś

ci rezonansowej obudowy otwór stopniowo przestaje promieniowa

ć

i

obudowa wytłumia energi

ę

wy

ż

szych cz

ę

stotliwo

ś

ci. Sam układ rezonansowy

obudowy z otworem ma wi

ę

c wła

ś

ciwo

ś

ci akustycznego filtru

dolnoprzepustowego. Poniewa

ż

sprawno

ść

przetwarzania samego gło

ś

nika

maleje wraz ze spadkiem cz

ę

stotliwo

ś

ci, energia promieniowana przez tyln

ą

stron

ę

membrany i działanie zamykaj

ą

cej j

ą

obudowy z otworem tworz

ą

układ

pasmowo-przepustowego filtru akustycznego.

W klasycznej obudowie z otworem promieniowanie otworu dodaje si

ę

jednak do bezpo

ś

rednio promieniowanej energii przedniej strony membrany;

ograniczenie "od góry" przetwarzanego przez gło

ś

nik niskotonowy pasma

cz

ę

stotliwo

ś

ci to rola filtru zwrotnicy elektrycznej zespołu gło

ś

nikowego (rysunek

1).

8

Rys. 1

Je

ż

eli jednak energia przedniej strony membrany nie zostanie

wypromieniowana, a wytłumiona w obudowie zamkni

ę

tej, to cały układ gło

ś

nik-

obudowa b

ę

dzie pracował jako pasmowo-przepustowy, nawet bez udziału

elektrycznego filtru dolnoprzepustowego. W ten sposób mo

ż

na opisa

ć

najprostsz

ą

konstrukcj

ę

obudowy band-pass, nazywan

ą

obudow

ą

zamkni

ę

t

ą

pasmowo przepustow

ą

(rysunek 2).

Rys. 2.

„Przednia” i „tylna” strona membrany staj

ą

si

ę

ju

ż

tylko okre

ś

leniami

umownymi; mo

ż

na uzna

ć

,

ż

e „tylna” strona membrany za po

ś

rednictwem

obudowy z otworem promieniuje energi

ę

na zewn

ą

trz, a energia przedniej strony

membrany zostaje wytłumiona. Ustawienie gło

ś

nika magnesem w kierunku

jednej lub drugiej komory jest tutaj praktycznie bez znaczenia.

9

Mo

ż

na jednak wykorzysta

ć

energi

ę

promieniowan

ą

przez przedni

ą

stron

ę

membrany – nale

ż

y j

ą

równie

ż

zamkn

ąć

w komorze z otworem, która b

ę

dzie

pełniła rol

ę

filtru akustycznego (rys. 2a).

Rys. 2a.

Zakres pracy obydwu komór - ich cz

ę

stotliwo

ś

ci rezonansowe, które

wynikaj

ą

z obj

ę

to

ś

ci obudów, powierzchni i długo

ś

ci tuneli musz

ą

by

ć

ró

ż

ne i

starannie dobrane, aby zapewni

ć

równomiern

ą

charakterystyk

ę

przetwarzania w

zało

ż

onym pa

ś

mie przepustowym. Taki układ dwóch komór z dwoma otworami

zastosowano m.in. w zespole gło

ś

nikowym Bolero 200, produkowanym przez

Tonsil. S

ą

jeszcze inne, rzadziej stosowane i bardziej skomplikowane odmiany

obudowy pasmowo-przepustowej , ale nie b

ę

dziemy ich omawia

ć

(s

ą

opisane w

EP 12/94).

Wiele konstrukcji wykorzystuje wi

ę

cej ni

ż

jeden gło

ś

nik niskotonowy, np.

zespół firmy Isophon opiera si

ę

na układzie według rysunku 3, gdzie dwa

gło

ś

niki maj

ą

wspóln

ą

komor

ę

zamkni

ę

t

ą

.

Rys. 3.

10

W obudowach typu band-pass, zwłaszcza stosowanych w roli specjalnych

zespołów sub-niskotonowych (Subwoofer), wyst

ę

puje cz

ę

sto tandem gło

ś

ników

niskotonowych, okre

ś

lany tak

ż

e jako układ push-pull (ang. pchaj-ci

ą

gnij).

Dwa gło

ś

niki mog

ą

by

ć

umieszczone "naprzeciwko" lub "jeden za drugim"

(rysunek 4a i 4b), co dla teoretycznych rozwa

ż

a

ń

nie ma znaczenia, o ile gło

ś

niki

s

ą

umieszczone blisko siebie.

Rys. 4.

Gdy odległo

ść

mi

ę

dzy gło

ś

nikami jest mniejsza od 1/5 długo

ś

ci fali

najwy

ż

szych cz

ę

stotliwo

ś

ci przez nie promieniowanych, wówczas nie

wyst

ę

puj

ą

mi

ę

dzy nimi niekorzystne zjawiska falowe i przesuni

ę

cia fazy, gdy

ż

gło

ś

niki pracuj

ą

w zgodnej fazie. Trzeba jednak pami

ę

ta

ć

,

ż

e gło

ś

niki układu z

rysunku 9a nale

ż

y poł

ą

czy

ć

odwrotnie według oznacze

ń

biegunów, równolegle

lub szeregowo.

Dwa identyczne gło

ś

niki, pracuj

ą

ce w układzie push-pull, tworz

ą

jakby

jeden gło

ś

nik. Ostatecznie dysponujemy wi

ę

c gło

ś

nikiem o dwa razy wi

ę

kszej

masie membrany i dwa razy mniejszej podatno

ś

ci zawiesze

ń

.

Daje to du

żą

korzy

ść

praktyczn

ą

- pozwala zmniejszy

ć

dwukrotnie

obj

ę

to

ść

obudowy w stosunku do wymaganej dla pojedynczego gło

ś

nika.

Układ push-pull ma jednak pewien minus - jest energetycznie mniej

wydajny od pojedynczego gło

ś

nika. Np. przez układ dwóch gło

ś

ników

poł

ą

czonych równolegle płynie dwa razy wi

ę

kszy pr

ą

d, powoduj

ą

c takie samo

wychylenie membrany i wytwarzaj

ą

c takie samo ci

ś

nienie akustyczne, co

pojedynczy gło

ś

nik.

11

Zastosowanie dwóch gło

ś

ników w sposób tradycyjny, dwukrotnie

zwi

ę

kszaj

ą

c powierzchni

ę

drgaj

ą

c

ą

, zwi

ę

ksza sprawno

ść

przetwarzania. Dlatego

układ push-pull stosowany jest wówczas, gdy jednym z głównych celów

konstruktora jest ograniczenie wielko

ś

ci urz

ą

dzenia gło

ś

nikowego, a wi

ę

c

przede wszystkim w przypadku projektowania układów subniskotonowych.

Pozwala tak

ż

e na u

ż

ycie gło

ś

ników w tradycyjnych zespołach, gdzie pojedynczo

stosowane wymagałyby obudowy o trudnej do zaakceptowania wielko

ś

ci.

W poprzednim numerze (EP 11/94) przedstawiono warunki u

ż

ycia

gło

ś

nika typu GDN 30/100 w obudowie typu bass-reflex. Z oblicze

ń

wynikała

obj

ę

to

ść

300dm

3

. Stosuj

ą

c tandem gło

ś

ników mo

ż

na ju

ż

pokusi

ć

si

ę

o

skonstruowanie obudowy o wymaganej w takim przypadku obj

ę

to

ś

ci 150dm

3

.

Zastosowanie układu gło

ś

ników push-pull pozwala zmniejszy

ć

obj

ę

to

ść

ka

ż

dego rodzaju obudowy, opieraj

ą

cej si

ę

na zasadach obudowy zamkni

ę

tej lub

bass-reflex, a wi

ę

c tak

ż

e wszystkich odmian obudowy pasmowo-przepustowej.

Na rysunku 5 przedstawiono układ zespołu sub-niskotonowego dla dwóch

kanałów stereofonicznych firmy JBL.

Rys. 5.

Mimo pozornej zło

ż

ono

ś

ci, jest to tylko proste rozwini

ę

cie układu z rys. 3.

Stosowanie obudów pasmowo-przepustowych upowszechniło si

ę

dopiero

w ci

ą

gu minionych dziesi

ę

ciu lat, dzi

ę

ki wykorzystaniu

ś

cisłych analiz pracy

obudowy z otworem. Obecnie obudowy tego typu spotyka si

ę

nie tylko w

ś

ród

zespołów sub-niskotonowych.

Zasady projektowania takich obudów mo

ż

na znale

źć

w EP 1/95.

12

Obudowy labiryntowe - z akustyczn

ą

lini

ą

transmisyjn

ą

(EP 2/95, 3/95 i 4/95)

"Linia -transmisyjna" uznawana jest przez wielu za budow

ę

stwarzaj

ą

c

ą

najlepsze warunki pracy dla gło

ś

nika niskotonowego, a przez to zapewniaj

ą

c

ą

bardzo dobre przetwarzanie niskich cz

ę

stotliwo

ś

ci, cho

ć

tak jak w przypadku

ka

ż

dego innego rodzaju obudowy, mo

ż

liwo

ś

ci i skuteczno

ść

jej działania zale

żą

od wła

ś

ciwo

ś

ci stosowanego gło

ś

nika niskotonowego i umiej

ę

tno

ś

ci

konstruktora.

Linia transmisyjna jest rzadko spotykanym rozwi

ą

zaniem; w jej stosowaniu

specjalizuje si

ę

niewiele firm. Kilka powodów stoi na przeszkodzie

upowszechniania tego rodzaju obudowy.

Obudowy najcz

ęś

ciej spotykane typu bass-reflex (z otworem) i zamkni

ę

te,

rozci

ą

gaj

ą

mo

ż

liwo

ść

ich u

ż

ycia od najmniejszych, ju

ż

kilkulitrowych, do bardzo

du

ż

ych konstrukcji. Zale

ż

y to od typu stosowanego gło

ś

nika niskotonowego i

okre

ś

lone parametry i reguły projektowania pozwalaj

ą

równie

ż

na tworzenie

zespołów bardzo małych.

Zasada działania linii transmisyjnych wymusza konstruowanie obudów

relatywnie du

ż

ych. Poni

ż

ej pewnego pułapu wielko

ś

ci, bez wzgl

ę

du na wielko

ść

i parametry gło

ś

nika niskotonowego, obudowa z lini

ą

transmisyjn

ą

nie ma racji

bytu.

Do

ść

du

ż

a obudowa nie pozostaje tylko prost

ą

skrzynk

ą

. Linia

transmisyjna to konstrukcja bardziej skomplikowana, o du

ż

ym nakładzie

materiałów i pracy. Zaw

ęż

a to zakres stosowania takich obudów do dro

ż

szych

zespołów gło

ś

nikowych.

13

Przy projektowaniu obudów z otworem, zamkni

ę

tych lub pasmowo-

przepustowych konstruktor działa przede wszystkim zgodnie ze wzorami, które

wraz z parametrami gło

ś

nika okre

ś

laj

ą

ko

ń

cowe parametry urz

ą

dzenia

gło

ś

nikowego.

Dla linii transmisyjnej nie opracowano

ś

cisłych algorytmów post

ę

powania.

Na jej działanie wpływa bardzo du

ż

o zjawisk akustycznych, których opanowanie

mo

ż

liwe jest dzi

ę

ki do

ś

wiadczeniu i własnym oryginalnym pomysłom niektórych

firm. Proces tworzenia najlepszych konstrukcji jest

ż

mudny i opiera si

ę

w

wielkiej mierze na metodzie prób i bł

ę

dów.

Przedstawienie zasady działania linii transmisyjnej dobrze jest rozpocz

ąć

od krótkiego przypomnienia celu stosowania ka

ż

dego rodzaju obudowy. Jest

nim "unieszkodliwienie" promieniowania tylnej strony membrany, b

ę

d

ą

cego w

przeciwnej fazie do promieniowania przedniej strony membrany.

Obudowa zamkni

ę

ta w prosty sposób tłumi energi

ę

promieniowan

ą

przez

tyln

ą

stron

ę

membrany. Nie czyni tego jednak w sposób doskonały. Ci

ś

nienie

powstaj

ą

ce wewn

ą

trz obudowy powoduje drgania

ś

cianek, którym nie da si

ę

do

ko

ń

ca zapobiec nawet bardzo du

żą

ich grubo

ś

ci

ą

i wzmocnieniami konstrukcji.

Zamkni

ę

cie gło

ś

nika w takiej obudowie zmienia tak

ż

e na niekorzy

ść

jego własne

parametry. Podatno

ść

powietrza w obudowie zamkni

ę

tej dodaje si

ę

do

podatno

ś

ci zawiesze

ń

membrany, co prowadzi do podwy

ż

szenia cz

ę

stotliwo

ś

ci

rezonansowej gło

ś

nika, a co za tym idzie ograniczenie przetwarzanego pasma i

pogorszenie charakterystyk impulsowych.

Obudowa typu bass-reflex, wykorzystuj

ą

c pewne zjawiska rezonansowe,

potrafi wypromieniowa

ć

energi

ę

tylnej strony membrany w fazie zgodnej z

promieniowaniem strony przedniej, w pewnym zakresie cz

ę

stotliwo

ś

ci niskich.

Obarczona jest wadami (słabiej lub mocniej zaznaczonymi) pogorszenia

14

wła

ś

ciwo

ś

ci impulsowych i podbarwiania cz

ę

stotliwo

ś

ci niskich zakresem pracy

układu rezonansowego obudowy.

Linia transmisyjna ma swoim działaniem przypomina

ć

funkcjonowanie

niesko

ń

czenie wielkiej odgrody. Uformowany za gło

ś

nikiem długi tunel,

wypełniony materiałem tłumi

ą

cym, ma za zadanie zaabsorbowa

ć

cało

ść

energii

promieniowanej przez tyln

ą

stron

ę

membrany.

Takie s

ą

zało

ż

enia idealnej linii transmisyjnej, które do ko

ń

ca nie s

ą

spełnione w praktyce. Niestety tunel nie jest niesko

ń

czenie długi i nie jest

zdolny wytłumi

ć

całej energii tylnej strony membrany. Wylot tunelu promieniuje

pewn

ą

cz

ęść

energii na zewn

ą

trz.

Aby przedstawi

ć

znaczenie tego efektu, nale

ż

y rozwa

ż

y

ć

zjawiska falowe

zachodz

ą

ce w tunelu o okre

ś

lonej długo

ś

ci. Dla wygody przyjmijmy,

ż

e tunel

pozostaje nie wytłumiony. Fala promieniowana przez tyln

ą

stron

ę

membrany

zostaje przesuni

ę

ta w fazie na drodze od gło

ś

nika do wylotu tunelu.

Przesuni

ę

cie zale

ż

y od długo

ś

ci tunelu i długo

ś

ci fali, a wi

ę

c cz

ę

stotliwo

ś

ci. Dla

odwrócenia fazy o 180

0

(zapewnienia tej samej fazy promieniowania przedniej

strony membrany i wylotu tunelu), przy cz

ę

stotliwo

ś

ci 20Hz, tunel musiałby mie

ć

długo

ść

połowy długo

ś

ci fali tej cz

ę

stotliwo

ś

ci, a wi

ę

c ok. 8,6m (przyjmuj

ą

c

pr

ę

dko

ść

·d

ź

wi

ę

ku w powietrzu 344m/s).

Jest to bardzo trudne do zrealizowania i nawet niepotrzebne. Z rachunku

wektorowego wynika,

ż

e ju

ż

przy przesuni

ę

ciu` fazy o 60

0

(a wi

ę

c przy długo

ś

ci

tunelu równej 1/6 długo

ś

ci fali), wypadkowe promieniowanie jest równe

promieniowaniu przedniej strony membrany. Dla 20Hz odpowiednia temu

warunkowi długo

ść

tunelu wynosi ju

ż

tylko ok. 2,9m.

15

Jednak przesuwaj

ą

c si

ę

wy

ż

ej na skali cz

ę

stotliwo

ś

ci do

ś

wiadczamy

powa

ż

nych problemów zwi

ą

zanych z funkcjonowaniem tunelu, tzn. tzw.

zapadni

ęć

, rezonansów i antyrezonansów, które zakłócaj

ą

liniowo

ść

charakterystyki w całym pa

ś

mie przetwarzanym przez gło

ś

nik.

Praktyczn

ą

lini

ę

transmisyjn

ą

mo

ż

na wi

ę

c uzna

ć

za niedoskonał

ą

realizacj

ę

idealnej linii transmisyjnej (niesko

ń

czenie wielkiej odgrody), w której

wytłumienie tunelu nie jest zdolne do zatrzymania najni

ż

szych cz

ę

stotliwo

ś

ci, ale

które dzi

ę

ki korzystnym w tym zakresie przesuni

ę

ciom fazowym wprowadzonym

przez tunel zostaj

ą

wypromieniowane na zewn

ą

trz.

Najwi

ę

kszym problemem konstruktorów linii transmisyjnych jest wytłumie-

nie pierwszego antyrezonansu, le

żą

cego w zakresie stukilkudziesi

ę

ciu Hz.

Poza tym nale

ż

y jeszcze uwzgl

ę

dni

ć

jedno zjawisko rezonansowe -

membrany gło

ś

nika. Np. dla gło

ś

nika niskotonowego o cz

ę

stotliwo

ś

ci

rezonansowej fs = 30Hz odpowiednia długo

ść

tunelu wynosi 2,9m (długo

ść

fali

30Hz -11,5m)

Jest jeszcze jeden problem - w przypadku linii transmisyjnych wielko

ść

gło

ś

nika narzuca wymagany przekrój tunelu. Nie powinien by

ć

on mniejszy od

powierzchni membrany, a przez to okre

ś

la w przybli

ż

eniu ju

ż

całkowit

ą

obj

ę

to

ść

obudowy.

Gło

ś

nik niskotonowy, przeznaczony do stosowania w linii transmisyjnej,

powinien mie

ć

jak najni

ż

sz

ą

cz

ę

stotliwo

ść

rezonansow

ą

i by

ć

zdolnym do pracy

w du

ż

ym zakresie amplitud. Pierwsze poprzez du

żą

mas

ę

membrany, a drugie

poprzez cewk

ę

znacznie dłu

ż

sz

ą

od szczeliny (lub szczelin

ę

dłu

ż

sz

ą

od cewki,

co jest znacznie rzadsze), wymaga dla osi

ą

gni

ę

cia przyzwoitego poziomu

efektywno

ś

ci równie

ż

zastosowania du

ż

ych układów magnetycznych, tak jak w

przypadku gło

ś

ników o niskiej dobroci do obudów typu bass-reflex.

16

Tunel linii transmisyjnej jest w obudowie załamywany, co słu

ż

y

wygodnemu jego uło

ż

eniu w bryle o okre

ś

lonym kształcie i proporcjach. Wylot

tunelu mo

ż

e znajdowa

ć

si

ę

w zasadzie w dowolnym miejscu obudowy; cho

ć

od

jego umieszczenia w du

ż

ym stopniu zale

ż

e

ć

mo

ż

e charakter basu.

Umiejscowiony np. na górnej

ś

ciance nie b

ę

dzie powodował du

ż

ych

problemów z ustawieniem zespołów blisko

ś

cian. Zlokalizowany na dole

obudowy, zwłaszcza z tyłu, mo

ż

e wymaga

ć

odsuni

ę

cia od

ś

cian, gdy

ż

w

przeciwnym wypadku, na skutek zwi

ę

kszonej reaktancji promieniowania,

przetwarzanie pewnego zakresu niskich cz

ę

stotliwo

ś

ci mo

ż

e by

ć

zbyt efektywne

i prowadzi

ć

do dominacji basu o charakterze dudni

ą

cym.

Mo

ż

liwe do realizacji i spotykane w rozwi

ą

zaniach firmowych pomysły na

uło

ż

enie labiryntu przedstawiono na rys. 6.

Rys. 6. Przykładowe, schematyczne konstrukcje linii transmisyjnych dla

układów dwudro

ż

nych i trójdro

ż

nych

Nale

ż

y tak

ż

e uwzgl

ę

dni

ć

(w zespołach trój-lub czterodro

ż

nych) obecno

ść

specjalnej komory dla gło

ś

nika

ś

redniotonowego, która nie powinna zakłóca

ć

przebiegu tunelu. Podstawowym zabiegiem słu

żą

cym tłumieniu fali w tunelu jest

jego wytłumienie. Rodzaj, ilo

ść

i miejsce umieszczenia wytłumienia były

przedmiotem wielu bada

ń

i eksperymentów. W ka

ż

dym konkretnym przypadku

konieczne jest przeprowadzenie serii prób i porówna

ń

.

17

Punktem wyj

ś

cia jest-wyło

ż

enie (najlepiej wszystkich)

ś

cianek kilku

centymetrow

ą

warstw

ą

g

ę

stego materiału tłumi

ą

cego, np. piank

ą

poliuretanow

ą

i

wypełnienie całego tunelu materiałem o małej g

ę

sto

ś

ci, ale przymocowanym do

ś

cianek i unieruchamianym tak, aby nie przesuwał si

ę

wraz z powstaj

ą

cym w

tunelu ci

ś

nieniem akustycznym. Za najlepszy materiał do tego celu uznaje si

ę

długowłos

ą

wełn

ę

owcz

ą

, lu

ź

no rozci

ą

gni

ę

t

ą

w tunelu, ale przy jej braku mo

ż

na

próbowa

ć

u

ż

ycia np. waty (uwaga na samozapłon).

Zbyt mała ilo

ść

materiału tłumi

ą

cego spowoduje nierównomierno

ś

ci

charakterystyki. Za du

ż

o wytłumienia zredukuje korzystne promieniowanie

tunelu lub nawet zamknie tyln

ą

stron

ę

membrany.

Odchylona palcami membrana gło

ś

nika powinna natychmiast wraca

ć

do

pozycji wyj

ś

ciowej. Opó

ź

nienie tego ruchu, typowe dla obwodów zamkni

ę

tych,

sygnalizuje problemy ze swobodnym ruchem membrany i zdecydowanie zbyt

du

żą

ilo

ść

materiału tłumi

ą

cego w linii transmisyjnej.

Obecno

ść

materiału tłumi

ą

cego przynosi dodatkowy, korzystny efekt. Na

skutek mniejszej pr

ę

dko

ś

ci d

ź

wi

ę

ku w materiale tłumi

ą

cym ni

ż

w powietrzu, dla

danej cz

ę

stotliwo

ś

ci zmniejsza si

ę

długo

ść

jej fali. Dzi

ę

ki temu mo

ż

na

zastosowa

ć

tunel krótszy ni

ż

wyliczony teoretycznie przy zało

ż

onej pr

ę

dko

ś

ci

d

ź

wi

ę

ku w powietrzu. Korekcja mo

ż

e si

ę

ga

ć

do -20%, w zale

ż

no

ś

ci od stopnia

wytłumienia. Przy projektowaniu mo

ż

na bezpiecznie zało

ż

y

ć

korekcj

ę

ok. -10%

(wykona

ć

tunel o l0% krótszy). Przy bardzo słabym wytłumieniu obudowa mo

ż

e

okaza

ć

si

ę

o ok. 5% akustycznie "za krótka", a przy silnym wytłumieniu do l0%

"za długa" w stosunku do zało

ż

onej teoretycznie długo

ś

ci, co nie b

ę

dzie

powa

ż

nym bł

ę

dem.