Start Pomoc Kontakt Reklama O nas Zaloguj Rejestracja

Witryna hifi.pl wykorzystuje ciasteczka (cookies). Proszę kliknąć aby uzyskać więcej informacji.

Schodek dyfrakcyjny i projektowanie zwrotnic zestawów głośnikowych

Kształt obudowy zestawów głośnikowych to nie tylko sprawa estetyki, ale także ważne zagadnienie techniczne, o czym piszemy w różnych tekstach na naszej witrynie. Geometryczna forma skrzynki jest ważna między innymi ze względu na zjawiska dyfrakcyjne. W innym artykule zajmujemy się wąskopasmowymi zafalowaniami dyfrakcyjnymi na charakterystyce przenoszenia. Natomiast tym razem zajmiemy się schodkiem dyfrakcyjnym (ang. baffle step), który ma postać 6-decybelowego wzniesienia na charakterystyce przenoszenia.

Opis zjawiska

W typowych kolumnach głośniki montowane są na ściankach o określonych wymiarach geometrycznych. Ten fakt powoduje, że bezechowa charakterystyka częstotliwościowa mierzona na osi zestawów podnosi się wraz ze wzrostem częstotliwości. Teoretycznie jest to wzrost o 6dB. Wzrost ten nie wynika z lepszej sprawności przetwarzania energii elektrycznej na energię akustyczną, lecz ze zmiany charakterystyki kierunkowej zestawów. Dla niskich częstotliwości długość fali jest duża w porównaniu z wymiarami skrzynki i promieniowanie jest niemal dookólne. Ze wzrostem częstotliwości długość fali maleje. A kiedy długość fali jest mała w porównaniu z wymiarami przedniej ścianki, to promieniowanie staje się coraz bardziej kierunkowe. W teorii dla najniższych częstotliwości będziemy mieli promieniowanie dookólne, a dla najwyższych częstotliwości promieniowanie tylko do przodu (do półprzestrzni przed powierzchnią ścianki kolumny). Stąd powstaje schodek na charakterystyce (ang. baffle step lub spreading loss lub diffraction loss). Oczywiście nie jest to schodek w dosłownym znaczeniu, tylko stopniowy wzrost. Większość tego wzrostu odbywa się na przestrzeni 2 oktaw. Dla zestawów o typowych gabarytach schodek dyfrakcyjny mieści się w zakresie kilkuset herców. Im większa jest ścianka, tym bardziej schodek dyfrakcyjny przesuwa się w stronę niskich częstotliwości.

Różne podejścia do elektrycznej kompensacji schodka dyfrakcyjnego

Występowanie schodka dyfrakcyjnego jest zjawiskiem, które można łatwo zmierzyć przy pomocy prostego i taniego sprzętu pomiarowego. Jedna z podstawowych zasad projektowania sprzętu elektroakustycznego nakazuje aby charakterystyki przenoszenia były płaskie. Zgodnie z tą zasadą schodek powinno się skompensować elektrycznie przy pomocy odpowiednich układów w zwrotnicy.

Praktyka jest jednak inna. Jeśli zaczniemy analizować schematy zwrotnic zestawów głośnikowych sprzedawanych komercyjnie, to okaże się, że typowe układy do korekty schodka dyfrakcyjnego są rzadko stosowane. Dość często są zaś spotykane filtry, w których charakterystyka elektryczna zaczyna opadać nieco wcześniej niż by to wynikało wprost z samej tylko częstotliwości podziału i docelowej charakterystyki akustycznej.

Natomiast jeśli do wyszukiwarki podacie Państwo hasło baffle step to znajdziecie wiele artykułów i wypowiedzi zalecających elektryczną kompensację schodka dyfrakcyjnego. Takie porady znajdują się zarówno w niektórych publikacjach o naukowym charakterze jak i w wypowiedziach na internetowych forach. Zarówno wśród profesjonalistów jak i amatorów znajdzie się sporo osób zalecających elektryczną kompensacją schodka dyfrakcyjnego w zwrotnicy. Są też i tacy, którzy traktują kompensację schodka dyfrakcyjnego jako obowiązkową część prawidłowej praktyki projektowej.

Chociaż elektryczną kompensację schodka dyfrakcyjnego zalecają nawet niektórzy profesjonalni akustycy o rozległej wiedzy, to jednak w tym przypadku zaliczamy się do grona sceptyków. Jako normę przyjmujemy konstrukcję bez elektrycznej kompensacji schodka dyfrakcyjnego. Te konstrukcje, w których układy korekcyjne mogą się sprawdzić traktujemy jako niszę. Żeby uzasadnić takie podejście, trzeba obszerniej omówić zagadnienie.

Praca głośników w typowym pomieszczeniu

Zacznijmy od przypomnienia informacji, że schodek dyfrakcyjny nie jest spowodowany wzrostem sprawności przetwarzania, lecz zmianą charakterystyki kierunkowej. A ponieważ zestawy głośnikowe użytkujemy w zamkniętych pomieszczeniach to energia wypromieniowana na boki i do tyłu też dociera do słuchacza po odbiciach. Ilość energii, która dotrze do naszych uszu po odbiciach będzie zależna od pomieszczenia, ustawienia głośników i ustawienia słuchacza. Warto jednak zdawać sobie sprawę, że w typowych systemach hi-fi jakie spotykane są w naszych domach do uszu słuchacza dociera więcej dźwięku odbitego aniżeli dźwięku bezpośredniego. Żeby słuchać dźwięku z dominującą zawartością składowej bezpośredniej, w typowym pomieszczeniu mieszkalnym trzeba się zbliżyć na odległość kilkudziesięciu centymetrów do głośnika.

Prawdopodobnie słyszeli Państwo, że dźwięk bezpośredni - docierający do uszu wcześniej - jest ważniejszy od dźwięku odbitego, który dociera z opóźnieniem. Jest to prawda, ale ta reguła dotyczy głównie słyszenia zjawisk przestrzennych, co nas akurat w tym przypadku nie interesuje. W naszej analizie chodzi o to jaka jest różnica pomiędzy dźwiękiem bezpośrednim a dźwiękiem odbitym kiedy porównujemy te dwa rodzaje sygnałów pod kątem postrzegania barwy i całościowej równowagi tonalnej. Oczywiście były prowadzone badania wpływu akustyki na wrażenia powstające u słuchaczy (choćby słynny projket Archimedes), ale mimo wszystko trudno w ścisły sposób odnieść wyniki prac naukowych do naszego problemu związanego ze schodkiem dyfrakcyjnym.

Kilka wniosków można jednak łatwo wyciągnąć bez laboratoriów, bez specjalnych badań i bez studiowania prasy naukowej. Bez wątpienia dźwięk odbity znacznie wpływa na postrzeganie barwy i równowagi tonalnej. Banalnie proste doświadczenia ze zmianą ilości materiałów tłumiących w pomieszczeniu przynoszą wyraźnie słyszalne zmiany. Nawet jeśli słuchamy głośników w stałym ustawieniu (co oznacza, że dźwięk bezpośredni pozostaje bez zmian), to przy zmianie ilości tłumienia w pomieszczeniu zauważymy znaczne zmiany postrzeganej barwy i równowagi tonalnej dźwięku.

To, że dźwięk docierający do słuchacza po odbiciach istotnie wpływa na postrzeganą barwę jest więc oczywiste. Stąd już nasuwa się wniosek, że nawet gdyby kompensacja schodka dyfrakcyjnego miała być stosowana, to nie powinna być to kompensacja pełna, o wartości 6dB. Przecież energia niższych częstotliwości wypromieniowana bardziej dookólnie też trafi do uszu słuchacza i bez wątpienia wpłynie na percepcję równowagi tonalnej.

Jest jeszcze inne zjawisko o działaniu przeciwstawnym do charakterystyki schodka dyfrakcyjnego. Charakterystyka pochłaniania dźwięku jest w każdym pomieszczeniu zależna od częstotliwości. Oczywiście występują spore różnice pomiędzy pomieszczeniami, ale z praktyki wiadomo, że średnio rzecz biorąc pochłanianie dźwięku zwiększa się wraz ze wzrostem częstotliwości. Kiedy przeglądniemy charakterystyki typowych kolumn mierzone w typowych pomieszczeniach (tzn. charakterystyki wraz z energią odbić) to zwykle zobaczymy, że dla wysokich częstotliwości krzywa opada.

Na tym nie koniec. Warto jeszcze przypomnieć o modach pomieszczenia. Ich występowanie powoduje, że dla niektórych zakresów niskich częstotliwości możemy jeszcze uzyskać dodatkowe wspomaganie powodowane przez pokój. Znowu jest to wspomaganie w zakresie, w którym występuje obniżona część charakterystyki schodka dyfrakcyjnego.

Wśród osob propagujących elektryczną kompensację schodka dyfrakcyjnego często widać też pewną niekonsekwencję. Przecież schodek dyfrakcyjny nie jest jedynym zjawiskiem, które polega na tym, że występuje zmiana charakterystyki przenoszenia na osi spowodowana zmianą kierunkowości promieniowania. Takie zmiany wnoszą też same głośniki. Jeśli uznamy elektryczną kompensację schodka dyfrakcyjnego za kanon prawidłowego projektowania, to w taki sam sposób powinniśmy traktować inne zmiany charakterystyki powodowane przez zmiany kierunkowości. Przyjęcie takich założeń zmieniło by sposób projektowania kolumn w dość radykalny sposób.

Podsumowanie

Jak się wydaje nasza wiedza teoretyczna z zakresu psychoakustyki i akustyki wnętrz wcale nie jest tak precyzyjna, by zdefiniować zalecenia projektowe, według których można określić jak charakterystyka na osi ma być powiązana z charakterystyką kierunkową. Dążąc do ścisłego opisu sytuacji należało by stwierdzić, że teoria nie daje podstaw do lansowania kompensacji schodka dyfrakcyjnego, choć też i nie wyklucza sensu stosowania jakiejś formy kompensacji.

Na koniec podam subiektywną opinię opartą na praktycznym doświadczeniu. Kiedy ktoś wyraża poparcie dla elektrycznej kompensacji schodka dyfrakcyjnego to warto dokładniej przeanalizować okoliczności towarzyszące. Po pierwsze zorientować się czy projektant nie zdradza szczególnego upodobania do ciepłego brzmienia. Po drugie czy pokój projektanta nie ma zbyt małego tłumienia. Po trzecie warto zwrócić uwagę czy zalecenia dotyczące wprowadzania elektrycznej kompensacji schodka nie są oparte na doświadczeniach z głośnikami o uwypuklonej wyższej części pasma albo z głośnikami o skromnych możliwościach w zakresie basu. Mówiąc ogólnie warto zawsze sprawdzać, czy propagatorzy elektrycznej kompensacji schodka dyfrakcyjnego nie kompensują w istocie innych deformacji występujących w systemie.

Jeśli mają Państwo uwagi dotyczące tej strony lub zauważyliście na niej błędy, dajcie nam znać.
Kliknięcie na niniejszy link spowoduje uruchomienie w nowym oknie formularza, przy pomocy którego można przekazać uwagi do redakcji.
Copyright © 1991-2016 Magazyn Hi-Fi, Gdynia, Poland
logo hifi.pl