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.