Powiązanie objętości, rozciągnięcia pasma i sprawności zestawów głośnikowych
Omówimy tu klasyczne zagadnienie dotyczące zestawów głośnikowych. Chodzi o wzajemne powiązanie trzech następujących parametrów:
- objętość obudowy
- dolna granica pasma przenoszenia
- sprawność
Sens powiązania
Zasada wiążąca wymienione parametry w swojej istocie dotyczy samego głośnika jako takiego. Można powiedzieć, że zasada to interpretacja wzoru matematycznego określającego sprawność głośnika na podstawie jego parametrów Thiele-Small'a. Wnioski dotyczące wielkości obudowy mają charakter wtórny. Tak więc zasada służy do porównywania możliwości różnych głośników, a nie do porównywania różnych aplikacji tego samego głośnika. Wzory matematyczne, z których wynika powiązanie wymienionych parametrów oparte są na wyidealizowanym opisie pracy głośnika. Tak więc zasada nie ma charakteru absolutnej, precyzyjnej prawidłowości. Nie dotyczy też ona wszystkich konstrukcji. Istnieją przecież zestawy z obudową otwartą gdzie parametr taki jak objętość w ogóle nie występuje, a i w zestawach z linią transmisyjną objętość nie ma takiego znaczenia konstrukcyjnego jak w obudowie zamkniętej czy w bass-reflexie. Poza tym w praktyce sposób aplikacji głośnika też będzie miał znaczenie.
Niezależnie od wszelkich subtelności związanych z różnymi rodzajami aplikacji głośników, fizyczna istota zjawisk powodujących związek między sprawnością, objętością i szerokością pasma pozostaje niezmiennie aktualna i w zasadniczy sposób ogranicza możliwe do uzyskania wyniki.
Pieniądze nie rozwiązują problemu
Czy można znaleźć wyjście z sytuacji poprzez inwestycję w kosztowniejszą konstrukcję głośnika? Niestety nie. Fizyczna istota zjawisk jest taka, że kosztowniejsza konstrukcja głośnika nie daje rozwiązania problemu. Poprawienie jednego z trzech wymienionych parametrów będzie nadal wymagało pogorszenia jednego lub dwóch pozostałych.
Prześledźdmy to na przykładach. Załóżmy, że jesteśmy gotowi zainwestować w większy magnes, a nasz układ magnetyczny poradzi sobie z większym strumieniem pola magnetycznego. Silniejszy układ magnetyczny napędzający taką samą membranę oczywiście da nam poprawę sprawności, ale skutkiem ubocznym będzie zmniejszenie Qes, w dalszym kroku konieczność zastosowania mniejszej obudowy oraz ograniczenie pasma przenoszenia.
Można też założyć, że zastosujemy lepszą, lżejszą membranę. Przy tym samym układzie napędowym sprawność wzrośnie. Ale zwiększy się też częstotliwość rezonansowa głośnika i znowu pogorszy się pasmo przenoszenia. Żeby z powrotem obniżyć częstotliwość rezonansową i poszerzyć pasmo przenoszenia przy lżejszej membranie moża zastosować bardziej miękkie zawieszenie. Ale to z kolei doprowadzi do zwiększania wymaganej wielkości obudowy.
Tak właśnie w nieubłagany sposób wzajemne powiązanie objętości, pasma przenoszenia i sprawności wciąż pozostaje w mocy, zarówno w tanich jak i w drogich głośnikach.
Funkcjowanie zasady w realiach rynkowych
Wzajemny związek objętości, rozciągnięcia pasma i sprawności zestawów głośnikowych to prawidłowość znana od dawna. Wydaje się jednak, że zbyt rzadko się o niej mówi i zbyt wiele osób o niej zapomniana. Producenci kolumn zachwalając swe wyroby używają czasami sformułowań sugerujących, że konstruktorom udało się wyzwolić z ograniczeń narzuconych przez wzajemne powiązanie objętości, dolnej granicy pasma i sprawności. Rozpowszechniło się też przekonanie, że dzięki postępowi technicznemu nowsze, mniejsze kolumny mogą dorównać starszym, większym. Natomiast realia są takie, że tego typu twierdzenia są większości bez pokrycia. W niedużym zakresie postęp techniczny faktycznie pomógł w uzyskiwaniu lepszych parametrów technicznych przy wykorzystaniu mniejszych głośników pracujących w mniejszych obudowach. Te nieco większe możliwości to owoc poszerzenia zakresów liniowego wychylenia membrany oraz stosowanie innych typów strojenia (czy szerzej konstrukcji obudowy w ogóle).
Te udoskonalenia mają jednak w praktyce skromną wartość. Nowsze konstrukcje obudów i nowsze typy strojeń - choćby takie jak obudowa pasmowo-przepustowa - dają zwykle negatywne skutki uboczne. Najczęściej występuje tu ta sama zależność jaką mamy przy porównaniu obudowy zamkniętej i bass-reflexu. Bass-reflex swoje zalety okupuje pogorszeniem odpowiedzi impulsowej.
Wszelkie udoskonalenia, które stały się dostępne dla konstruktorów kolumn nie zmieniły faktu, że sama zasada wiążąca objętość ze sprawnością i z pasmem przenoszenia wciąż obowiązuje. Istota zmiany, która nastąpiła na rynku zestawów głośnikowych nie polega na technicznym postępie pozwalającym miniaturyzować kolumny dzięki stosowaniu lepszych głośników. Zmiana polega na tym, że w celu połączenia miniaturyzacji z dobrym pasmem przenoszenia, konstruktorzy częściej decydują się na obniżenie sprawność zestawów głośnikowych. Jeszcze w latach 1980-tych małe kolumny o dużych ambicjach i wysokich cenach były rozwiązaniem niszowym, ale w latach późniejszych ta koncepcja znacznie zyskała na popularności. Do zmiany sposobu konstrukcji kolumn skłoniła producentów przede wszystkim lepsza dostępność wzmacniaczy o wysokich mocach, a prawdopodobnie swoje znaczenie miały też czynniki pozatechniczne, czyli po prostu moda.
Zasada jako narzędzie wykrywania fałszywych parametrów
Zasadę omówioną w tym artykule warto mieć w pamięci kiedy będziemy przeglądać podawane przez producentów parametry kolumn. Przede wszystkim warto zawsze sprawdzać jaka jest objętość obudowy głośnika basowego, bo ta informacja jest cenna. Kiedy tego parametru nie ma w danych producenta warto go poszukać w innych źródłach. W ostateczności można objętość zgrubnie oszacować na podstawie gabarytów zewnętrznych i danych o grubości ścianek.
Niezależnie od tego jak optymistycznie przedstawiają możliwości swoich konstrukcji producenci, to zawsze należy mieć świadomość, że miniaturyzacja musi być związana z ograniczeniem pasma i/lub ograniczeniem sprawności. Zaś kolumny łączące dobre pasmo przenoszenia z dobrą sprawnością muszą być duże. Jeśli jakiś producent podaje, że jego kolumny mają pasmo szersze o kilka Hz i jednocześnie efektywność wyższą o kilka dB niż konkurencyjne zestawy o podobnej objętości, to z pewności mamy do czynienia z naciąganymi danymi technicznymi. Podawanie takich naciąganych danych jest spotykane w praktyce. Efektywności są zawyżane nawet o kilka decybeli, a pasmo nawet o kilkanaście Hz.
