Wielkość głośnika basowego a objętość obudowy
W innym artykule omówiliśmy (link) wzajemne powiązanie trzech parametrów zestawów głośnikowych: objętości obudowy, dolnej granicy pasma przenoszenia i sprawności. Poszerzymy nieco tą tematykę uwzględniając dodatkowo wielkość głośnika.
Aby zapewnić zarówno dobre pasmo przenoszenia w zakresie niskich tonów jak i dobrą efektywność trzeba zastosować obudowę o dużej objętości. Skojarzenia związane z dużymi głośnikami są podobne. Zwykle oczekujemy, że ze wzrostem rozmiarów głośnika poprawi się też rozciągnięcie basu, a niektórzy oczekują też polepszenia efektywności. Mogą się jednak pojawić pewne wątpliwości. Co jest ważniejsze - objętość obudowy czy wielkość głośnika wyrażona w postaci powierzchni membrany? Czy jest jakaś wzajemna zależność zmuszająca do stosowania większych obudów dla większych głośników? Co prawda istnieją pośrednie powiązania pomiędzy objętością obudowy i wielkością głośnika, ale mimo wszystko są to w dużej mierze osobne zagadnienia.
Aspekt akustyczno-mechaniczny
Powierzchnia membrany sama w sobie nie decyduje ani o rozciągnięciu pasma w zakresie niskich tonów, ani o sprawności, ale ma za to kluczowe znaczenie dla wielkości mocy akustycznej jaką głośnik może wytworzyć w zakresie niskich tonów. Dla wyższych częstotliwości sygnału czynnikiem ograniczającym moc akustyczną głośnika jest jego maksymalna moc elektryczna. Jeśli odtwarzamy dźwięki o określonej głośności to im niższa jest częstotliwość, tym więcej trzeba przetłoczyć powietrza. Możliwości głośnika w tej dziedzinie określa iloczyn powierzchni membrany oraz dozwolonej wartości wychylenia (ang. displacement volume):
V = Sd * Xmax
V - przetłaczana objętość,
Sd - powierzchnia membrany
Xmax - maksymalne wychylenie membrany
Ze względów praktycznych (zarówno technicznych jak i ekonomicznych) zakresy możliwych do uzyskania wychyleń są ograniczone - zwykle w głośnikach basowych mają wartość kilku milimetrów. Tak więc odtwarzanie niskich częstotliwości z wysoką głośnością wymaga stosowania membran o dużej powierzchni. Teoretycznie nie ma jednak przeszkód by mały głośnik odtwarzał niski bas. Można tak dobrać parametry Thiele-Smalla małego głośnika aby uzyskać pasmo przenoszenia sięgające niskiego basu. Jest to jednak rozwiązanie niepraktyczne. Mały głośnik o nisko sięgającym basie będzie miał stosunkowo niski poziom maksymalnej głośności, bo będzie go ograniczał zakres dopuszczalnych wychyleń - czynnikiem limitującym będą w takim przypadku możliwości akustyczno-mechaniczne. Natomiast większy głośnik o takim samym paśmie przenoszenia będzie zdolny osiągnąć większą głośność, co w kategoriach subiektywnych da nam większy zakres dynamiki brzmienia.
Aspekt elektryczny
Co prawda wielkość membrany oraz wielkość cewki czy wielkość układu magnetycznego to teoretycznie zupełnie oddzielne sprawy, ale z reguły większe głośniki mają większe cewki, a w konsekwencji większe układy magnetyczne potrzebne do obsługi szczelin o większych rozmiarach. Zwiększenie cewki wraz ze zwiększaniem membrany jest praktyką o tyle logiczną, że mając do dyspozycji większą membranę zdolną w sensie mechanicznym do wytworzenia dużej mocy akustycznej, warto zapewnić idącą z tym w parze zdolność do pracy ze stosownie dużymi mocami elektrycznymi. Niezależnie od różnych specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych, podstawowym sposobem na zwiększenie mocy elektrycznej głośnika jest zwiększenie rozmiarów cewki.
Aspekt związany z parametrami Thiele-Smalla
Trzeba podkreślić, że wspomniana na wstępie wzajemna zależność pomiędzy objętością obudowy, dolną granicą pasma przenoszenia i sprawnością niezmiennie obowiązuje niezależnie od wielkości głośnika. Jeśli będziemy porównywać dwie kolumny o takiej samej objętości i takiej samej efektywności to przy takim samym rodzaju strojenia pasmo przenoszenia będzie też takie samo, nawet jeśli zastosowane są głośniki o różnych powierzchniach membran.
Powiązanie powierzchni membrany i objętości skrzynki w praktyce
Kiedy przestudiujemy większą ilość kart katalogwych głośników przeznaczonych na rynek domowego hi-fi to oczywiście wystąpi pewne zróżnicowanie, ale średnio rzecz biorąc wraz ze wzrostem rozmiarów głośnika będzie rosła jego moc elektryczna, a z parametrów Thiele-Smalla będzie też wynikała potrzeba zastosowania większej objętości obudowy. Ten współbieżny wzrost różnych parametrów nie wynika jednak z żadnego technicznego powiązania, lecz z realiów rynkowych. Biorąc pod uwagę, że różne głośniki basowe do domowego hi-fi są przeznaczone do pracy z podobnymi głośnościami, a ich sprawności też są zbliżone, to w konsekwencji także dobór parametrów Theiele-Smalla jest zwykle dość podobny. Równoległe zwiększanie wszystkich parametrów ma sens, bo dzięki temu tworzą one harmonijną całość, na poziomie dopasowanym do typowego sposobu użytkowania.
Jednak nie wszystkie głośniki mają parametry dobrane według podobnych kryteriów. Tytułem przykładu wspomnieliśmy już wyżej, że można dobrać parametry małego głośnika by odtwarzał on niski bas. Zwróciliśmy też uwagę, że jest to rozwiązanie niepraktyczne, bo głośnik o tak dobranych parametrach będzie mocno ograniczany przez zbyt mały zakres wychyleń membrany.
Są jednak stosowane kombinacje odbiegające od rynkowej średniej. Można zaprojektować relatywnie mały głośnik do pracy w dużej obudowie nie dla poszerzania pasma, lecz dla podwyższenia sprawności. W kolumnach przeznaczonych do współpracy ze wzmacniaczami niskiej mocy potrzebny jest właśnie taki dobór parametrów. Można na rynku znaleźć niedużą ilość głośników hi-fi o rozmiarze do 8 cali pozwalających na osiągnięcie efektywności nawet do 95dB. Dawniej była to taktyka bardziej popularna, współcześnie jest wykorzystywana rzadziej. Jeszcze dalej w tym kierunku idą stosowane w pro-audio duże głośniki średniotonowe, które mają bardzo słabe rozciągnięcie pasma przenoszenia w dół, ale za to mają dużą sprawność w umiarkowanej wielkości obudowach i zapewniają oprócz tego bardzo wysoki poziom głośności.
Podsumowanie
Zarówno objętość obudowy jak i powierzchnia memebrany głośnika są istotne. Objętość obudowy wprowadza swój zestaw ograniczeń, a powierzchnia membrany swój zestaw ograniczeń.
- Zwiększanie objętości obudowy pozwala na poszerzanie dolnej granicy pasma i/lub podwyższanie sprawności
- Zwiększanie powierzchni membrany pozwala na poszerzanie dolnej granicy pasma i/lub podnoszenie możliwej do uzyskania głośności
Chociaż zarówno duża objętość obudowy jak i duża powierzchnia membrany przydają sie do obniżania dolnej granicy pasma przenoszenia, to jednak w tych dwóch przypadkach chodzi o zjawiska fizyczne różnej natury.
Osobnym zagadnieniem jest jeszcze moc elektryczna głośnika, która też może być czynnikiem ograniczającym, ale to nie ma bezpośredniego związku z objętością skrzynki czy powierzchnią membrany.
Ani duża obudowa, ani duża membrana nie oznacza automatycznie nisko schodzącego basu. Natomiast jeśli chcemy porównać różne kolumny i z grubsza oszacować ich dolną granicę pasma przenoszenia, to powinniśmy patrzeć nie tyle na wielkości głośników co na objętości obudów i efektywności porównywanych modeli.
Na sam koniec warto jeszcze pamiętać o tym, że nawet jeśli dwa zestawy głośnikowe mają taką samą dolną granicę pasma przenoszenia to jednak w subiektywnym odbiorze rozciągnięcie basu może być różne. Gdy inne parametry będą podobne, a jedyną różnicą będzie wielkość membrany, to w większości przypadków większy zakres dynamiki dużego głośnika zaowocuje wrażeniem obfitszego basu.
