E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/99

66

Parametry otworu

K

K

iedy już ustalimy podstawowe
parametry obudowy bass−reflex,
czyli jej objętość Vb i częstotli−

wość dostrojenia układu rezonansowego
fb, pozostaje obliczyć parametry samego
otworu, czyli jego powierzchnię i długość
tunelu. Tunel zakładany jest po to, aby
zwiększyć masę powietrza w otworze,
i przez to uzyskać odpowiednio niską czę−
stotliwość rezonansową. Masa powie−
trza w otworze jest również tym większa,
im większa jest jego powierzchnia, ale
okazuje się, że zwiększenie powierzchni
w jeszcze większym stopniu wpływa na
zmniejszenie podatności, ostatecznie
więc podnosi, a nie obniża częstotliwość
rezonansową. Równocześnie trzeba pa−
miętać, że podatność tym większa, im
większa objętość obudowy. Tymczasem
jednak zakładamy, że objętość obudowy
Vb jest już dana, tak jak częstotliwość re−
zonansowa fb, możemy więc dopasowy−
wać jedynie powierzchnię otworu Sv
(i wynikającą z niej średnicę otworu okrą−
głego dv) i długość tunelu Lv. Aby w da−
nej objętości Vb uzyskać daną częstotli−
wość rezonansową fb, możemy zastoso−
wać otwory różnych wymiarów (o mniej−
szej średnicy i z krótszym tunelem,
o większej średnicy i z dłuższym tune−
lem).
Jak widać z praktyki, powierzchnie otwo−
rów bass−reflex są znacznie mniejsze od
powierzchni głośników. Dzieje się tak dla−
tego, że przy dużej powierzchni otworu,
dla uzyskania założonej częstotliwości re−
zonansowej, należy stosować długie tu−
nele, które z kolei mogą nie mieścić się
w zaprojektowanej obudowie, nawet gdy
jest bardzo głęboka. Ponadto, długie tu−
nele generują własne rezonanse, leżące

przy częstotliwościach kilkuset Hz
(ćwierćfalowe, półfalowe, odpowiadają−
ce długości tunelu), rozpraszane wszech−
kierunkowo ze względu na znacznie
mniejszą średnicę otworu, i stąd poten−
cjalnie słyszalnie zakłócające przetwarza−
nie. Skłaniałoby to do stosowania otwo−
rów jak najmniejszych, aby tunele mogły
być jak najkrótsze, niestety, z tej strony
również pojawia się nie mniej poważne
ograniczenie. Otóż w otworze o po−
wierzchni znacznie mniejszej od głośnika
wymuszane są prędkości powietrza
znacznie większe, niż wytwarzane przez
membranę − proporcjonalnie do stosunku
powierzchni membrany i otworu. Jeśli
w dodatku sam głośnik może pracować
na dużych amplitudach, to okazuje się, że
przy

dużych

sygnałach

powietrze

w otworze “nie nadąża”, wymagane
prędkości przepływu nie są osiągane.
Niestety, wymiary otworu, przy którym
powyższe zjawisko by nie występowało,
musiałyby być porównywalne z wymiara−
mi głośnika (a więc tunel byłby bardzo
długi). Jednak problem kompresji jest
tym dotkliwszy, im otwór jest mniejszy,
więc choć idealnego rozwiązania nie
można zrealizować, to mimo to należy
minimalizować szkodliwe zjawisko po−
przez stosowanie otworów tak dużych,
jak to tylko możliwe. Problem kompresji,
dla danego stosunku powierzchni glośni−
ka i otworu, narasta wraz ze wzrostem
sygnału sterującego. Dlatego można też
uwzględnić, jakie w praktyce natężenia
dźwięku chcemy uzyskiwać. Jeżeli bę−
dziemy sterować głośnik tylko niskimi sy−
gnałami, problem będzie relatywnie nie−
wielki, i dopuszczalne jest zastosowanie
mniejszego otworu. Z drugiej strony, wła−
śnie dlatego instalacje profesjonalne −

estradowe − mają tak duże otwory bass−
reflex, aby pracować bez kompresji rów−
nież przy bardzo dużych nateżeniach
dźwięku (nie jest to tam tak trudne do
uzyskania, jako że wbrew pozorom czę−
stotliwości rezonansowe kolumn estra−
dowych wcale nie są bardzo niskie). Cza−
sami spotykana opinia, że duże bass−re−
flexy estradowych kolumn, przez swoją
dużą powierzchnię, działają efektywniej,
ale bardziej zaznaczają efekty rezonanso−
we, natomiast małe bass−reflexy są
“cichsze”, ale przez to mniej podbarwia−
ją brzmienie, jest fałszywa. Małe bass−re−
flexy po prostu stwarzają problem nieli−
niowego działania w funkcji sygnału ste−
rującego, a każda taka nieliniowość jest
źródłem zniekształceń.
W praktyce można zalecić, aby po−
wierzchnia otworu stanowiła ok 20% po−
wierzchni głośnika, uznając 15% za abso−
lutne minimum, dopuszczalne w przypad−
ku głośników małych, o małej amplitu−
dzie, i sugerując 25% dla głośników o du−
żej amplitudzie, o ile pozwalają na to inne
warunki.
Między tunelem a przeciwległą ścianką
(tzn. tylną, jeśli wylot jest na przedniej),
powinien pozostać dystans nie mniejszy
od średnicy otworu.

Przy danych:
dv − średnicy otworu (cm)
Vb − objętości obudowy (dm3)
fb − częstotliwości rezonansowej (Hz),

długość tunelu Lv może być określona ze
wzoru:

23400 x

dv

2

fb

2

x Vb

− 0,73 x dv

Obudowa bass−reflex (obudowa z otworem) cz. II

67

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/99

Kształt otworu

Najczęściej spotykamy okrągłe otwory
bass−reflex, mają one poważne zalety −
stosunek objętości powietrza w tunelu
do powierzchni jego ścianek jest najko−
rzystniejszy, co minimalizuje tarcie czą−
steczek, okrągłe tunele z PVC o różnych
średnicach są powszechnie dostępne,
czy to pod postacią rur kanalizacyjnych,
czy w ofercie firm wyspecjalizowanych
w zaopatrywaniu hobbistów − tam spo−
tkać można rury lekko stożkowe (gene−
rują mniejsze rezonanse fal stojących),
z wyprofilowanymi wylotami (zmniej−
szają turbulencje powstające na ostrych
krawędziach), teleskopowe, zakrzywia−
ne. Korzystając z takich rur, można ła−
two eksperymentować z ich długością
i częstotliwością strojenia. Okrągły
kształt otworu nie jest jednak ściśle
obowiązujący. Czasami spotkać można
otwór w kształcie szczeliny, gdzie tunel
utworzony jest przez dodatkową we−
wnętrzną ściankę. Przy odpowiedniej
konstrukcji obudowy możliwe jest wy−
mienianie tych ścianek i w ten sposób
regulowanie częstotliwości rezonanso−
wej obudowy, ale jest to trudniejsze niż
w przypadku tunelu okrągłego. Tunele
szczelinowe stosuje się np. wówczas,
gdy chce się wyprowadzić otwór na
przedniej ściance małego zespołu, na
której nie ma miejsca na otwór okrągły
− wówczas 1−2 cm szczelina pod głośni−
kiem nisko−średniotonowym jest do−
brym rozwiązaniem. Prostokątne otwo−
ry spotyka się też, gdy obudowa działa
po części na zasadzie labiryntu, i cały
długi tunel utworzony jest przez prosto−
padłe ścianki. Można eksperymento−
wać z otworami o przekroju trójkątnym,
utworzonymi w narożach obudowy po−
przez dodanie wewnętrznej ścianki
ustawionej pod kątem 45

o

względem

ścianek dolnej i bocznej.

Jeden czy dwa otwory?

Czasami spotykane jest mniemanie, że
stosowaniem dwóch otworów o mniejszej
średnicy można uzyskać niższą częstotli−
wośc rezonansową, niż stosowaniem jed−
nego większego. Opiera się ono na rozu−
mowaniu, że skoro otwór o określonej śre−
dnicy i długości daje w obudowie o okre−
ślonej objętości pewną częstotliwość rezo−
nansową, to zastosowanie dwóch takich
otworów pozwoli zachować tę częstotli−
wość, natomiast korzystnie zwiększy po−
wierzchnię promieniowania. Niestety, obu−
dowy nie można w ten sposób oszukać.
Układ dostroi się do innej, wyższej często−
tliwości rezonansowej, odpowiednio do
większej powierzchni całkowitej otworów.
To, czy stosujemy dwa otwory o po−
wierzchni X każdy, czy jeden otwór o po−
wierzchni 2X, z punktu widzenia częstotli−
wości rezonansowej nie ma znaczenia.
Skoro można jednak stosować więcej niż
jeden otwór, więc niektórzy podejmują też
próby, aby za pomocą dwóch lub więcej
otworów z tunelami o różnych długościach
dostrajać obudowę do więcej niż jednej
częstotliwości rezonansowej, w celu lep−
szego wyrównania pasma. Niestety, rów−
nież w ten sposób nie można wiele uzy−
skać, obudowa “widzi” bowiem po prostu
określoną powierzchnię otworu (sumę po−
wierzchni otworów) i określoną masę po−
wietrza w tunelu (sumę mas powietrza we
wszystkich tunelach). Korzyść może nato−
miast w takim przypadku wynikać z różne−
go rozłożenia rezonansów fal stojących
w tunelach o różnych długościach, i słab−
szego zaznaczania się każdego z nich.
Do tej pory uwzględniamy przede wszyst−
kim częstotliwość rezonansową obudowy
bass−reflex fb, i częstotliwości rezonanso−
we fal stojących w tunelach (znacznie wy−
ższe). Można też wziąć pod uwagę rezo−
nanse jakie tworzą się w każdej obudo−
wie między ściankami; jeśli otwór będzie

umiejscowiony w strzałce fali stojącej,
będzie efektywnie transmitował tę czę−
stotliwośc na zewnątrz. Powstawać też
będą rezonanse między głośnikiem
a otworem. Można więc też wziąć pod
uwagę, że stosowanie więcej niż jedne−
go otworu, choćby o takich samych wy−
miarach, ale w rożnych miejscach obu−
dowy, powoduje osłabianie wpływu po−
szczególnych rezonansów tego typu. Są
to jednak korzyści marginalne, i dlatego
zdecydowana większość obudów bass−
reflex zadowala się jednym otoworem.
Tam, gdzie widzimy dwa, najczęściej ma−
my do czynienia z niezależnymi komora−
mi dla dwóch głośników niskotonowych,
a więc w rzeczywistości z dwoma obu−
dowami bass−reflex. Czasami stosowa−
nie dwóch mniejszych otworów jest uza−
sadnione miejscem, jakim dysponujemy
na przedniej ściance (dwa małe otwory
możemy wyprowadzić nad głośnikiem
nisko−średniotonowym, po obydwu stro−
nach głośnika wysokotonowego).

Położenie otworu

Otwory bass−reflex spotyka się najcze−
ściej na tylnej lub przedniej ściance, cza−
sami na dolnej.
Należy od razu wyjaśnić, że położenie
otworu nie wpływa na podstawowe para−
metry dostrojenia; mniemanie, że otwór
promieniujący do tyłu działa w fazie prze−
ciwnej do otworu promieniującego do
przodu, jest oczywiście błędne. Faza pro−
mieniowania otworu jest określona przez
zasadę działanie układu rezonansowego
bass−reflex. Ponieważ długości fal często−
tliwości rezonansowych bass−reflexu są
znacznie dłuższe od odległości między gło−
śnikiem niskotonowym a otworem, na−
wet w przypadku otworu na tylnej ścian−
ce, więc problem osłabienia synchroniza−
cji fazowej nie musi być rozważany.
Położenie na tylnej ściance ma natomiast
tę zaletę, że pasożytnicze rezonanse obu−
dowy i tunelu w zakresie średnich częstotli−
wości, na skutek ich bardziej kierunkowego
promieniowania, jak i szumy i turbulencje,

zdjęcie 43 − Klasyczne położenie otworu, na przedniej

ściance, w pobliżu głośnika nisko−średniotonowego

zdjęcie 2 − Zamiast jednego dużego otworu, można

zrobić dwa mniejsze

zdjęcie 1 − Otwór nie musi być okrągły, może mieć

kształ szczeliny. Również w tym przypadku warto zro−

bić wyprofilowanie krawędzi wylotu.

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/99

68

są słabiej słyszalne, niż w przypadku otwo−
rów promieniujących do przodu.
Położenie na przedniej ściance z kolei po−
zwala przysunąć zespół głośnikowy bliżej
tylnej ściany pomieszczenia − gdy otwór
jest z tyłu, aby nie doszło do uwypuklania
się basu, należy zachować zwykle co naj−
mniej 50cm, a najlepiej 100cm dystansu.
Otwór na dolnej ściance wymaga zasto−
sowania specjalnych podkładek dystan−
sujących, ciśnienie przedostaje się na ze−
wnątrz poprzez dookólną szczelinę mię−
dzy dolną ścianką o stosowanym zwykle
w takich przypadkach cokołem (lub bla−
tem podstawki). Taka realizacja pozwala
stosować bardzo długie tunele.
Otwory na ściankach bocznych i górnej
nie są stosowane ze względów estetycz−
nych, choć ze względów ściśle akustycz−
nych nie ma tutaj przeciwwskazań.

Wytłumienie

Obudowy bass−reflex wytłumia się zwykle
znacznie słabiej niż obudowy zamknięte.
Zwyczajem jest wyłożenie ścianek − najle−
piej wszystkich, 2−3cm gąbką poliuretano−
wą, gęstą wełną mineralną, lub cieńszą war−
stwą filcu. Bezpośrednio za głośnikiem
można dodać trochę rzadkiej waty. Należy
uważać, aby materiał tłumiący nie znalazł się
bezpośrednio przy wlocie tunelu. Czasami
świadomie silnie wytłumia się całą obudo−
wę, łącznie z sąsiedztwem tunelu, gdy ukad
rezonansowy, z powodu zbyt wysokiej war−
tości Qts głośnika lub zbyt małej obudowy,
nie może pracować optymalnie. Wówczas
praca układu bass−reflex zaczyna nieco przy−
pominać działanie otworu stratnego. Nie na−
leży jednak polecać tego rozwiązana, jeśli
dysponujemy dobrym projektem opartym
na dobrym głośniku do bass−reflexu.

Membrana bierna

Jak widać, obudowie z membraną bierną
poświęcamy tylko trochę miejsca w ramach
prezentacji obudowy bass−reflex. Jest to
usprawiedliwione dwoma czynnikami − po
pierwsze zasada pracy membrany biernej
jest bardzo podobna do zasady bass−reflexu,
po drugie obudowa z membraną bierną jest
bardzo mało popularna, najprawdopodob−
niej niewielu Czytelników podejmie się eks−
perymentów w tym zakresie, więc nie bę−
dziemy wnikać w szczegóły.
Membrana bierna zastępuje otwór bass−re−
flex − zamiast masy powietrza w otworze,
poruszana jest masa membrany biernej.
Zastosowanie membrany biernej przynosi
kilka akustycznych korzyści. Wyelimino−
wane zostają wszelkie rezonanse rurowe
tunelu bass−reflex, szumy i turbulencje
powietrza

szybko

przepływającego

w otworze. Membrana bierna stoi na
przeszkodzie wypromieniowaniu paso−
żytniczych rezonansów obudowy. Można
powiedzieć, że membrana bierna pracuje
jak idealny... otwór bass−reflex, przeno−
sząc tylko zakres częstotliwości podsta−
wowego rezonansu fb.
Jednocześnie zastosowanie membrany
biernej rozwiązuje problem powierzchni
otworu i głębokości tunelu. Jak wspo−
mnieliśmy wcześniej, dla liniowej pracy
układu rezonansowego konieczna jest od−
powiednio duża − w relacji do powierzchni
sterującego glosnika − powierzchnia otwo−
ru. To z kolei wymusza, dla uzyskania za−
planowanej częstotliwości rezonansowej,
zastosowanie długiego tunelu. Czasami
równoczesne spełnienie tych warunków
jest niemożliwe (mała obudowa jest zbyt
płytka, aby zmieścić w niej kilkudziesięcio−
centymetrowy tunel) i wymusza daleko
idący kompromis (najczęściej w redukcji
powierzchni otworu). Można go uniknąć,
stosując membranę bierną, która może
mieć niemal dowolnie dużą masę przy do−
wolnej powierzchni.
Działanie membrany biernej ma jednak
i swoją wadę.

Przypomnijmy, że masa powietrza w otwo−
rze zawieszona była na podatności powie−
trza w obudowie. Natomiast masa membra−
ny biernej zawieszona jest na podatności
własnego resora i podatności powietrza
w obudowie, podobnie jak normalny gło−
śnik. Działa więc tutaj nieco bardziej złożony
układ akustyczny, w którym występują dwie
częstotliwości rezonansowe − jedna określo−
na przez masę membrany biernej i wypad−
kową podatność resora i powietrza w obu−
dowie, druga przez masę membrany i po−
datność resora. Przy tej drugiej częstotliwo−
ści rezonasowej membrana bierna jak i sam
głośnik pracują na maksymalnych obrotach,
jednak w dokładnie przeciwnych fazach.
Przez to na wypadkowej chrakterystyce
częstotliwościowej pojawia się w tym miej−
scu ostra zapadłość. Skutkiem tego jest bar−
dzo ostry spadek charakterystyki przetwa−
rzania, a z tym z kolei wiążą się słabe właści−
wości impuslowe. Jeśli więc zwracaliśmy
już uwagę, że typowy bass−reflex z otwo−
rem ma charakterystyki impulsowe słabsze
od obudowy zamkniętej, to obudowa
z membraną bierną jest pod tym względem
jeszcze bardziej ułomna. Aby uzyskać możli−
we najlepsze charakterystyki impulsowe,
poza stosowaniem się do zaleceń istotnych
dla dobrego bass−reflexu (głośniki o niskiej
wartości Qts, w precyzyjnie obliczonej obu−
dowie), ważne jest, aby membrana bierna
została zainstalowana przy dużym współ−
czynniku alfa (alfa = Vas/Vb, ale chodzi tutaj
o alfa i Vas membrany biernej, a nie głośni−
ka), czyli aby powstała jak największa różni−
ca między częstotliwościami rezonansowy−
mi membrany biernej, co rozsuwa częstotli−
wości, przy której układ pracuje z pełną
efektywnością od częstotliwości, przy której
wypadkowe ciśnienie jest bliskie zeru,
a więc zmniejsza nachylenie zbocza popra−
wia charakterystyki impulsowe.
Dlatego też, wziąwszy ponadto pod uwagę
wyższe koszty zainstalowania membrany
biernej, w stosunku do prostej rury z PVC
stanowiącej otwór bass−reflex, większość
producentów ogranicza się do tej drugiej.
Warto jednak jeszcze wspomnieć o cieka−
wym rozwiązaniu, jakie w nieprodukowa−
nych już Extremach zaproponował niegdyś
włoski producent Sonus Faber. Otóż zasto−
sowana tam membrana bierna posiadała...
układ magnetyczny i cewkę drgającą − był to

więc kompletny głośnik, ale wcale nie
podłączony do sygnału. Chodziło o to, że
w poruszającej się wraz z membraną cew−
ce mogła się indukować siła skierowana
przeciwnie do ruchu membrany. Przy cew−
ce rozwartej nic z tego nie wynika, bo prąd
nie płynie; gdy jednak cewkę zewrzeć,
wówczas płynący prąd poprzez indukowa−
ną siłę hamuje ruch membrany. Zmieniając
wartość rezystancji na zaciskach głośnika −
membrany biernej, można regulować sto−
pień jej tłumienia, i regulować jej wpływ na
charakterystykę częstotliwościową. Roz−
wiązanie kosztowne, ale bardzo ciekawe.

A

An

nd

drrzze

ejj K

Kiis

siie

ell

zdjęcie 3 − Bardzo często spotykane, na tylnej ściance

Rys.1 − porównanie charakterystyk przetwarzania obu−

dowy bass−reflex i obudowy z membraną bierną, dla

tego samego głośnika w obudowie o tej samej objęto−

ści (linia czarna − bass−reflex, czerwona − membrana

bierna).