Elektronika Praktyczna - W głośnikowym żywiole Cz. 09.pdf - AKUSTYKA-ARTYKUŁY - tellmemore

K U R S

Niezbędnik dla amatorów i profesjonalistów

W głośnikowym żywiole, część 9

Obudowy bass-reflex, część 1

Obudowa bass-relex, nazywana też obudową z otworem,

jest obecnie najbardziej rozpowszechnionym typem obudowy,

stosowanym w zespołach głośnikowych w rozmiarach od

najmniejszych do największych.

wytwarzanego przez tylną stronę

membrany. Owszem, jest przez to

ciśnienie wywoływane, ale „po dro-

dze”, w obudowie, zachodzą dość

niezwykłe zjawiska.

Zepchnęła ona na margines obu-

dowę zamkniętą, chociaż i ta ma

swoje niezaprzeczalne zalety. Jednak

to obudowa bass-relex dostarcza,

mówiąc najprościej, „więcej basu”.

W wielu przypadkach duża ilość zo-

staje okupiona słabą jakością – obu-

dowy bass-relex obwinia się o słabe

odpowiedzi impulsowe. Owszem,

obudowa zamknięta jest pod tym

względem zwykle lepsza, ale korzy-

stając z dzisiejszej wiedzy, możliwo-

ści obliczeniowych i odpowiednich

głośników, można zbudować bardzo

dobre konstrukcje z otworem. Stąd

też zarówno wśród hobbystów, jak

i profesjonalistów cieszą się one

dzisiaj największym powodzeniem.

Obudowa z otworem nie jest od-

kryciem ostatnich lat – ale przez

długi czas była stosowana bez takiej

wiedzy, jaką posiadamy dzisiaj, i jej

działanie było dalekie od doskonało-

ści, rzeczywiście obarczone dużymi

błędami, w tym przede wszystkim

silnie zaznaczonymi problemami wła-

śnie w zakresie charakterystyk im-

pulsowych. Dobry projekt obudowy

z otworem wymaga dużej staranności

– działanie tego typu obudowy jest

bowiem znacznie bardziej wrażliwe

na zmianę któregokolwiek z para-

metrów, niż przy obudowie typu

zamkniętego.

W przypadku obudowy zamkniętej

zakładamy, że tylko głośnik. Wibracje

ścianek też dodają fale dźwiękowe

i kształtują zewnętrzne ciśnienie aku-

styczne, ale jest to traktowane jako

zjawisko niepożądane, pasożytnicze,

i w teorii opisującej działanie róż-

nych rodzajów obudów pozwalamy

sobie te problemy pomĳać, a wracać

do nich przy ogólnych wskazów-

kach dotyczących sposobu budowa-

nia wszelkiego typu obudów.

W przypadku obudowy bass-relex

sytuacja staje się znacznie bardziej

złożona. Wystarczy zwykła „dziura”

w obudowie, aby cały układ zadzia-

łał zupełnie inaczej. Teraz badanym

źródłem ciśnienia akustycznego jest

nie tylko zainstalowany w obudowie

głośnik, ale i otwór, z którego, jak

się należy spodziewać, też dobiegają

jakieś dźwięki.

Każdy już wie, że tylna strona

membrany wytwarza ciśnienie aku-

styczne – w zakresie niskich tonów

bardzo podobne do promieniowanego

przez przednią stronę membrany, tyle

że pozostające dokładnie w przeciw-

nej fazie. Gdyby świat był prosty to

przez otwór „widzielibyśmy” właśnie

to ciśnienie, wytwarzane w środku

obudowy. Wtedy jednak stosowanie

obudowy z otworem nie miałoby

przecież żadnego sensu – z zewnątrz

obserwowalibyśmy dwa źródła pro-

mieniowania niskich częstotliwości,

pozostające względem siebie w prze-

ciwfazie, czyli sytuację, z jaką mamy

do czynienia przy głośniku niezabu-

dowanym – sytuację, której musimy

się przeciwstawić, bowiem efektem

współistnienia takich źródeł jest ze-

rowe ciśnienie wypadkowe.

Na szczęście świat nie jest pro-

sty, i promieniowanie otworu wcale

nie reprezentuje wiernie ciśnienia

Rezonator Helmholtza

Punktem wyjścia do ich objaśnienia

może być przypomnienie zjawiska czę-

stotliwości rezonansowej samego gło-

śnika, a także ogólnie każdego układu

mechanicznego, w którym występuje

masa i podatność. W przypadku gło-

śnika mamy masę układu drgającego

(membrana, cewka, współdrgająca masa

powietrza „przyklejona” do membra-

ny) i podatność zawieszeń (dolnego

i górnego) – rys . 41a . Instalując głośnik

w obudowie zamkniętej, do podatności

zawieszeń własnych głośnika dodaje-

my podatność „poduszki powietrznej”

– można powiedzieć, że poddajemy

modyikacji parametry układu rezo-

nansowego głośnika albo że powstaje

nowy układ rezonansowy z połączenia

elementów głośnika i obudowy, ale jest

to jeden układ rezonansowy o jednej

częstotliwości rezonansowej ( rys . 41b ).

Jeżeli jednak w obudowie wykona-

my otwór, spowodujemy powstanie

zupełnie innego, drugiego obok gło-

śnika, układu rezonansowego ( rys .

41d ). Stworzy go podatność powietrza

w obudowie (istniejąca już w obu-

dowie zamkniętej), i masa powietrza

w otworze (której tam nie było). Sama

podatność ani sama masa nie wystar-

czy – potrzebne są obydwa elementy,

które w obudowie z otworem się poja-

wiają. Taki układ rezonansowy nazywa

się rezonatorem Helmholtza i powstaje

on nawet bez udziału głośnika ( rys .

41c ). Można go porównać do głośnika

bez układu napędowego – czyli do

układu membrany i zawieszenia albo

do struny instrumentu muzycznego,

ale bez muzyka... czyli bez czynnika

pobudzającego do drgań. Rezonator

Helmholtza „sam z siebie” nie zacznie

rezonować, tak jak struna sama nie

zacznie grać, ale jest dostrojony do

określonej częstotliwości rezonansowej,

(Nie)zwykła dziura

Studia nad obudowami zaczęliśmy

klasycznie – od obudowy zamkniętej.

Obudowa zamknięta mogła się wyda-

wać urządzeniem banalnym, dopóki

nie zaczęliśmy dokładniej przyglądać

się jej wpływowi na charakterysty-

ki głośnika. Otóż to – zajmując się

obudowami, badamy przecież nie

same obudowy, ale charakterystyki,

których źródłem jest...

Elektronika Praktyczna 7/2004

K U R S

Rys. 41. Różne rodzaje obudów: a) głośnik swobodnie zawieszony jest

układem rezonansowym utworzonym przez Cms (podatność zawieszeń

membrany) i Mms (masa układu drgającego), b) głośnik w obudowie

zamkniętej tworzy układ rezonansowy o podatności (Cms x Cab)/(Cms +

Cab) (wypadkowa podatność zawieszeń głośnika i powietrza w obudo-

wie) i masie Mms, c) – obudowa z otworem jest układem rezonansowym

o podatności Cab i masie Mb, d) – głośnik w obudowie z otworem to

kilka układów rezonansowych.

która objawi się po pobudzeniu ukła-

du. Czynnikiem pobudzającym będzie

tu oczywiście zainstalowany głośnik,

który zarazem jest odrębnym układem

rezonansowym.

tej częstotliwości będzie zależała od

wartości ciśnienia, jakie wytwarzał

przy tej częstotliwości sam głośnik,

gdy otworu jeszcze nie było, cho-

ciaż będzie znacznie wyższa. Ale co

najciekawsze w działaniu systemu

bass-relex, już po wykonaniu otworu,

właśnie dokładnie przy częstotliwości

rezonansowej obudowy, sam głośnik

prawie całkowicie przestaje promie-

niować! Działanie układu rezonanso-

wego obudowy bardzo silnie hamuje

ruch jego membrany. Ale nawet jej

stłumiony, minimalny ruch jest wy-

starczającym pobudzeniem dla układu

rezonansowego obudowy do silnego

promieniowania z otworu. Jednak

przestrajanie układu rezonansowego

w kierunku niższych częstotliwości,

czyli przesuwanie się po spadku

charakterystyki głośnika (w obudowie

zamkniętej), będzie obniżało poziom

ciśnienia z otworu.

Z tych obserwacji płyną pierwsze

praktyczne wnioski: w zakresie czę-

stotliwości rezonansowej obudowy,

mimo wysokiego ciśnienia akustycz-

nego wytwarzanego przez układ, sam

głośnik zostaje odciążony od dużych

amplitud, co jest oczywiście korzyst-

ne, gdyż „oszczędza” głośnik i redu-

kuje zniekształcenia.

Przestrajanie układu rezonansowe-

go w kierunku niskich częstotliwości

nie gwarantuje efektywnego przetwa-

rzania dowolnie niskich częstotliwo-

ści, gdyż poziom ciśnienia z otworu

ma związek z pierwotnym kształtem

charakterystyki przetwarzania samego

głośnika. Zwłaszcza początkujący kon-

struktorzy czasami oczekują, że dzięki

bardzo niskiemu dostrojeniu uzyskają

Bass-relex dla praktyków

Działanie obudowy z otworem

można przedstawiać w sposób przy-

prawiający laików o zawrót głowy.

Naszym celem jest jednak za-

szczepić umiejętność projektowania

w możliwie najmniej bolesny spo-

sób. Tematu tego nie da się chyba

opisać bardziej „ludzkim językiem”.

W takim razie wysiłek, który trze-

ba będzie w zrozumienie tego tek-

stu włożyć, to naprawdę niezbędne

minimum, aby zdobyć podstawowe

umiejętności projektowania bass-

releksu. Jak zwykle, pominiemy

te elementy teorii, które nie mają

wielkiego znaczenia w praktyce.

W zamian „wgryziemy się” w ana-

lizę wielu różnych wariantów stroje-

nia obudowy bass-relex.

Przy częstotliwości rezonansowej

obudowy, czyli układu podatności po-

wietrza w obudowie i masy powietrza

w otworze, otwór silnie promieniuje.

Oczywiście siła tego promieniowania

pozostaje w związku z siłą czynnika

pobudzającego, czyli ciśnieniem wy-

twarzanym przez tylną stronę mem-

brany głośnika. Jako punkt wyjścia

weźmy głośnik w obudowie zamknię-

tej, mający w takich warunkach okre-

śloną charakterystykę przetwarzania.

Teraz wykonajmy w obudowie otwór,

który stworzy układ rezonansowy

dostrojony do wybranej częstotliwo-

ści. Wartość ciśnienia z otworu przy

Elektronika Praktyczna 7/2004

K U R S

Rys. 42. Przykładowe charakterystyki: a) modelowe charakterystyki dla głośni-

ka w obudowie z otworem i w takiej samej objętości obudowie zamkniętej.

Charakterystyka przetwarzania całego układu bas-refleks delikatnie opada

do okolic częstotliwości rezonansowej fb (40Hz), poniżej szybko zwiększa

nachylenie, b) – przykład strojenia do wysokiej częstotliwości rezonansowej,

wskutek którego ciśnienie z otworu jest bardzo wysokie, charakterystyka

układu sięga z pełną efektywnością do okolic częstotliwości rezonansowej

fb (40Hz), poniżej opada bardzo gwałtownie, c) – przykład strojenia do

niskiej częstotliwości rezonansowej, ale ciśnienie z otworu w jej zakresie nie

jest wysokie, i charakterystyka układu zaczyna opadać wcześniej, a przy

częstotliwości rezonansowej fb (28Hz) ma już spadek ok. 10dB.

bardzo niską częstotliwość graniczną,

co niestety nie jest takie łatwe. Zbyt

niskie strojenie sprowadza działanie

układu rezonansowego w rejony,

gdzie sam głośnik promieniuje już na

bardzo niskim poziomie, i w ślad za

tym efekt pracy bass-releksu też oka-

zuje się bardzo słaby i w niewielkim

stopniu wpływa na ostateczną cha-

rakterystykę przetwarzania, w porów-

naniu do obudowy zamkniętej.

Andrzej Kisiel

Elektronika Praktyczna 7/2004

Elektronika Praktyczna - W głośnikowym żywiole Cz. 09.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: