Duma Polka

Duma Polka
W styczniowym numerze magazynu "Audio" (1/2017), w porównawczym teście kolumn wolno stojących, jedna konstrukcja okazała się wyjątkowo interesująca. Po pierwsze dlatego, że jest czterodrożna, co samo w sobie nie stanowi oczywiście gwarancji najwyższej jakości, ale pozostaje czymś inspirującym, zwłaszcza konstruktorów-amatorów. Po drugie, producent opublikował dokładny przekrój obudowy (a w związku z jej skomplikowaniem miał się czym pochwalić) – co również daje pole do ciekawych analiz.

Polk LSiM707 to „flagowy” model Polk Audio, jednego z największych amerykańskich producentów na rynku audio.

 

Amerykański bas

Można wytropić związek między pochodzeniem a pewnymi cechami zastosowanego układu, jednak nie należy sądzić, że Amerykanie są zakochani w układach czterodrożnych. Owszem, amerykańskie kolumny są statystycznie większe niż innych producentów, bardziej rozbudowane, co ma związek zarówno z tamtejszymi gustami, jak i warunkami -duże domy, zrobione często z drewna i materiałów pochodnych, bardziej tłumią bas niż twarde, murowane ściany większości mieszkań europejskich. W Ameryce panuje też kultura kina domowego, więc każdy system audio postawiony w dużym salonie musi być przygotowany nie tylko do odsłuchu muzyki, ale i do obsługi dźwiękowych ścieżek filmowych.

Polk LSiM707 to "flagowy" model Polk Audio, jednego z największych amerykańskich producentów na rynku audio.
Polk LSiM707 to "flagowy" model Polk Audio, jednego z największych amerykańskich producentów na rynku audio.

W tym momencie na scenę wkracza subwoofer, czyli specjalne urządzenie głośnikowe, przeznaczone do przetwarzania najniższych częstotliwości, potencjalnie pomocne we wszelkich systemach stereofonicznych i wielokanałowych, jednak słusznie kojarzone zwłaszcza z tymi drugimi. Wszystko to prowadzi wielu klientów do przekonania (w dużej mierze zasadnego), że uniwersalny system głośnikowy musi zapewnić skuteczne przetwarzanie najniższego basu.

Jednocześnie jednak autonomiczny subwoofer nie pod każdym względem jest rozwiązaniem idealnym (zarówno akustycznie, jak i funkcjonalnie), więc pojawiają się pomysły obiecujące pozbycie się kłopotliwej basowej skrzyni, bez wielkiej straty dla jakości przetwarzania. Oznacza to po prostu powrót do koncepcji... maksymalnie szerokopasmowych zespołów głośnikowych, uzbrojonych w taką sekcję niskotonową, która potrafi wypełnić zadania subwoofera. Czyli kolumn z konieczności i tradycyjnie dużych. Ponieważ jednak świadomość i potrzeby klientów zostały „przeorane” przez kino domowe i możliwości subwooferów, więc producenci czasami wyodrębniają w konstrukcji wielodrożnej głośnik lub całą sekcję subniskotonową. Niektóre z takich konstrukcji wciąż są wyraźnie przeznaczone do systemów kina domowego i owa sekcja subniskotonowa jest wówczas aktywna -czyli ma wbudowany swój własny wzmacniacz i regulacje, analogicznie jak w subwooferze (zazwyczaj aktywnym). Istnieją też jednak całkowicie pasywne (czyli konwencjonalne) zespoły głośnikowe (przyjmujące moc dla wszystkich głośników z zewnętrznego wzmacniacza), w których sekcję przetwarzającą najniższe częstotliwości producent nazywa sekcją subniskotonową lub nawet zintegrowanym subwooferem. Wedle jakich kryteriów?

 

Subwoofer zintegrowany

Kryteria te nie są ostre, nie dotyczy ich żadna norma, co najwyżej utrwalony zwyczaj. Co prawda „regulacje” dotyczące kina domowego wskazują, jako standardową, częstotliwość 80 Hz (częstotliwość podziału między zakresem pracy subwoofera a reszty systemu głośnikowego), jednak idea subwoofera narodziła się wcześniej niż ten „przepis” (zresztą nieprzestrzegany ściśle również w wielu systemach kina domowego, w których małe „satelity” nie są w stanie udźwignąć ciężaru już od 80 Hz, ale dopiero np. od 150 Hz).

Panuje konsensus co do tego, że im częstotliwość podziału niższa, tym lepiej, jednak takie zalecenie dotyczy bardziej systemów z niezależnym subwooferem. Rzecz w tym, że im niższe częstotliwości, tym rozchodzą się bardziej wszechkierunkowo, wywołując wiele odbić, stąd trudno je lokalizować -ta wada staje się jednak zaletą, gdyż źródło promieniowania niskich tonów możemy fizycznie „oderwać” od reszty systemu głośnikowego, ustawiając w wygodnym miejscu, bez szkody dla panoramy stereofonicznej czy przestrzeni wielokanałowej. Jeżeli jednak cały zakres częstotliwości przetwarzany jest przez głośniki znajdujące się blisko siebie, to niskie „cięcie” dla sekcji subniskotonowej przestaje być tak ważne, a przez to... sam sens jej wyodrębnienia staje pod znakiem zapytania, bo cały zakres niskotonowy, powiedzmy do ok. 300 Hz, można powierzyć jednej sekcji -właśnie tradycyjnie niskotonowej. Według takiej tradycyjnej, prostszej recepty trójdrożnej projektowanych jest wiele doskonałych konstrukcji, najlepszych w ofertach bardzo poważnych firm, konstrukcji znacznie droższych od LSiM707. Nie ma jednak jednego, obowiązującego przepisu na wspaniale brzmiące kolumny -i na tym polega urok tej branży...

Poważnym argumentem „za” wprowadzeniem sekcji subniskotonowej do zintegrowanej konstrukcji głośnikowej nie jest więc zamiar przetwarzania bardzo niskich częstotliwości. Z tym zadaniem może sobie poradzić bardzo dobry głośnik niskotonowy (jak zwał, tak zwał). Sprawę postawić należy inaczej i odpowiedzieć na pytanie, co uzasadnia podział sekcji niskotonowej na dwie podsekcje; zresztą ich nazwy mogą być różne, to już sprawa umowna -pierwsza („niższa”) to subniskotonowa lub subwooferowa, druga (wyższa) to niskotonowa lub midbas („średni bas”).

 

Bez przesady

Argumenty przemawiające za takim podziałem znowu zależą od konkretnej sytuacji, przyjętych założeń i konstruktorskich upodobań. Każde powiększenie układu o kolejną „drogę” zmusza do przygotowania kolejnych filtrów, zgrania nakładających się charakterystyk, zarówno pod względem amplitudowym, jak i fazowym, tak aby charakterystyka wypadkowa przeszła możliwie „gładko” -pojawiają się więc nie tylko koszty, ale i akustyczny problem, który należy rozwiązać. Większość konstruktorów uważa, że trzeba dostrzegać wyraźną przewagę korzyści nad problemami, aby zmierzać w tym kierunku, a dysponując wysokiej klasy głośnikami, można tak je dobrać, aby zatrzymać się już na etapie układu trójdrożnego. Są jednak konstruktorzy, którzy nie boją się projektować skomplikowanych zwrotnic, a zyski ze stosowania bardziej wyspecjalizowanych (w określonych zakresach częstotliwości) głośników mają przeważać nad ewentualnymi stratami w spójności charakterystyki. Układów bardziej rozbudowanych niż czterodrożne już się nie spotyka wśród „poważnych” producentów, są raczej dowodem amatorskiego „niewyżycia” (uwaga, liczby „dróg” nie należy utożsamiać z liczbą głośników; np. LSiM7070 są czterodrożne, ale pięciogłośnikowe; oczywiście liczba głośników nie może być mniejsza niż liczba dróg).

 

Nie dzielić środka

W LSiM707 sytuacja jest o tyle specyficzna, że w roli midbasu występuje głośnik 18-cm, a więc o średnicy typowej dla głośników nisko-średniotonowych lub średniotonowych. O ile trudno wyobrazić sobie układ LSiM707 pozbawiony tego właśnie głośnika, o tyle łatwiej pomyśleć o konstrukcji bez znajdującego się nad nim głośnika 10-cm, działającego właśnie jako średniotonowy. Układ bez średniotonowego? Oczywiście w tę rolę musiałby wejść wspomniany 18-cm, który jednak w LSiM707 działa tylko w zakresie 100-300 Hz. Czy nie ma on charakterystyki odpowiedniej, aby przetwarzać średnie tony? Czy konstruktor uznał, że jeszcze lepiej zajmie się tym przetwornik 10 cm? Tutaj warto przypomnieć, że im mniejsza średnica membrany, tym lepsze rozpraszanie wyższych częstotliwości, więc w zakresie powyżej 1 kHz mały średniotonowy ma przewagę nad dużym właśnie w dziedzinie charakterystyk kierunkowych. Z kolei duża membrana i zwykle towarzysząca jej większa cewka pozwalają przyjąć większą moc i osiągnąć wyższą efektywność -co procentuje przy przetwarzaniu „niższego środka”.

Jednak większość konstruktorów, w tym część tych, którzy nie boją się rozwijać układów do czterodrożnych, unika wprowadzania podziału w sam środek pasma. To też nie jest święta zasada, ale podpowiedź, do której większość się stosuje -wybrać głośnik średniotonowy mniejszy lub większy, odpowiedni do mocy całego zespołu, i pozwolić mu już grać całym zakresem średniotonowym, a przynajmniej od 300 Hz. Widząc jednak taki układ, a nie znając ustalonych częstotliwości podziału, można by podejrzewać, że jedna z nich leży w zakresie średnich tonów, dzieląc je między większy i mniejszy głośnik średniotonowy. Podejrzenie takie wzmacnia fakt, że sekcja subniskotonowa, składająca się z dwóch dość dużych przetworników, ma na pewno dużą moc, stąd chcąc dopasować do niej moc sekcji średniotonowej, nie można przeciążyć małego, 10-cm głośnika średniotonowego zbyt niską częstotliwością podziału. Mimo to, co zaskakujące, pracuje on już od 300 Hz, a więc jak rasowy średniotonowy.

Skoro tak, to odpowiedzmy na pytanie, czy subniskotonowe nie mogłyby „dociągnąć” do 300 Hz? Może by i mogły, a może nie; trzeba by znać charakterystyki tych głośników, bo czasami jednostki wyspecjalizowane w przetwarzaniu najniższych częstotliwości faktycznie zaczynają mieć problemy z charakterystyką powyżej ok. 200 Hz, a do tej częstotliwości już „ściągnąć” zakresu przetwarzanego przez 10-cm średniotonowy nie było można (różnica między 200 a 300 Hz może wydawać się niewielka, ale ze względu na spektrum mocy w typowym sygnale akustycznym oznacza to obciążenie niemal dwukrotnie większe!). Można się zgodzić, że 18-cm midbas ma tutaj rację bytu.

Układ wieńczy oczywiście głośnik wysokotonowy, w tym zakresie nie ma żadnych niespodzianek i kontrowersji -łączenie ze średniotonowym przebiega w okolicach 3 kHz.

 

Strojenie obudowy

W sekcji subniskotonowej pracują dwa przetworniki z membranami w kształcie „stadionów”, o wymiarach 9 x 6 cali, czyli o powierzchni odpowiadającej okrągłemu 8-calowemu głośnikowi. Korzyść polega głównie właśnie na tym -membrana o dużej powierzchni może zostać zainstalowana na relatywnie wąskiej przedniej ściance. Każdy z dwóch głośników subniskotonowych ma oddzielną komorę bas-refleks. Własne objętości, oczywiście proporcjonalnie mniejsze, mają też midbas i głośnik średniotonowy.

Polk LSiM707 - przekrój
Polk LSiM707 - przekrój

Tunele z obydwu komór bas-refleks (niezależnych dla dwóch głośników subniskotonowych) wyprowadzono przez dolną ściankę. Odprowadzeniu fali pomagają dwa aerodynamiczne stożki zamocowane u wylotów do cokołu. Ciśnienie od dolnego niskotonowego biegnie po bokach dużego tunelu i przechodzi do „komina” z tyłu obudowy, będącego częścią komory dolnego głośnika. Tunel z górnej komory „przebija” komorę dolną, ale najciekawszy jest chyba fakt, że tunel z dolnej komory (umieszczony bliżej tylnej ścianki) ma dwa razy mniejszą średnicę i dwa razy mniejszą długość niż tunel z komory górnej. Wygląda jednak na to (oceniając sytuację „na oko”), że komory obydwu głośników mają taką samą objętość, co z kolei oznacza, że mimo różnych wymiarów tuneli obydwa systemy bas-refleks są dostrojone do takiej samej częstotliwości rezonansowej (tunel x razy krótszy i jednocześnie o x razy mniejszej powierzchni „stroi” w danej objętości tak samo).

Pytanie o to, czemu służy takie zróżnicowanie tuneli, powinno zostać chyba zastąpione pytaniem -z czego ono wynika? Być może z powodu dość trywialnego: trudności w zmieszczeniu drugiego tak „dużego” tunelu jak pierwszy -obudowa zwęża się do tyłu i w pobliżu gniazda jest już niewiele miejsca. Mniejsza powierzchnia ma jednak swoje konsekwencje -prędkość ruchu powietrza w tunelu będzie większa (w tym przypadku dwa razy większa), co wcześniej niż w systemie z większym otworem wywoła turbulencje. Stąd też „zdrowsze” są otwory większe, chociaż wymagają dłuższych tuneli.

Przestrzenie bezpośrednio za głośnikami, jak też za wlotami tuneli bas-refleks, są wolne od materiału wytłumiającego, którym wypełniono dalsze części komór, również komorę głośnika midbasu. Na pewno jest też wytłumiona komora głośnika średniotonowego, która ma formę zintegrowanej z nim rury. Głośnik wysokotonowy fizycznie znajduje się w komorze nisko-średniotonowego, ale akustycznie jest odseparowany, standardowo, własną „puszką”. Ścianki komory nisko-średniotonowego nie leżą w płaszczyznach równoległych, a cały system przegród tworzy strukturę wzmacniającą obudowę. Wewnętrzne zakończenia obydwu tuneli są „uchwycone”, co zapobiega ich wibracjom; większy -przez przegrodę, i tak konieczną do wewnętrznego podziału, a mniejszy -przez dodatkową krótką wstawkę (nie zamyka ona żadnej przestrzeni). Również krawędzie tych wewnętrznych otworów wyprofilowano, aby zmniejszyć turbulencje. Przednia ścianka ma wyraźnie większą grubość niż pozostałe. Zwrotnicę podzielono między dwie płytki. Jedną przymocowano do pionowej przegrody komory górnego subniskotonowego. Drugą -do ukośnej przegrody komory nisko-średniotonowego.

 

Podsumowując

LSiM707 nie jest kolumną najlepszą na świecie, ale stanowi konstrukcję zarówno oryginalną, jak i zawierającą wiele wątków, ważnych dla konstruktorów.