Układ dwuipółdrożny

Układ dwuipółdrożny
W zespołach głośnikowych (kolumnach głośnikowych) od dawna obowiązuje zasada łączenia głośników wyspecjalizowanych w przetwarzaniu różnych części pasma akustycznego. Stąd zresztą zasadnicze znaczenie samego pojęcia „zespołu głośnikowego”, czyli grupy (różnych) głośników (przetworników), wzajemnie się uzupełniających i pokrywających możliwie szerokie pasmo, z niskimi zniekształceniami.

Pozostawiając na boku niskobudżetową lub egzotyczną jednodrożność, najprostszym zespołem głośnikowym jest zespół dwudrożny. Znany doskonale z wielu małych, podstawkowych konstrukcji, ale też ze skromniejszych kolumn wolno stojących, najczęściej ma w swoim składzie głośnik nisko-średniotonowy, o średnicy od 12 cm do 20 cm, pokrywający pasmo do ok. 2-5 kHz, i głośnik wysokotonowy, zajmujący się zakresem powyżej tej granicy, wyznaczonej przez przecięcie charakterystyk (tzw. częstotliwości podziału). Jej ustalenie bierze pod uwagę „naturalne” charakterystyki i możliwości poszczególnych głośników, ale ostatecznie jest najczęściej rezultatem działania tzw. zwrotnicy elektrycznej, czyli zespołu filtrów - dolnoprzepustowego dla głośnika nisko-średniotonowego i górnoprzepustowego dla głośnika wysokotonowego.

Układ taki, w swojej podstawowej wersji, z jednym głośnikiem nisko-średniotonowym i jednym wysokotonowym, przy stosowaniu nowoczesnych rozwiązań pozwala osiągnąć nawet wysoką moc i dobre rozciągnięcie basu. Jednak jego kres wyznaczają warunki narzucone głośnikowi nisko- -średniotonowemu. Wielkość tego głośnika nie może przekraczać wartości granicznej dla poprawnego przetwarzania średnich częstotliwości (im głośnik większy, tym lepiej przetwarza bas, a tym gorzej średnie tony - ujmując sprawę w największym skrócie).

W poszukiwaniu innego układu

Klasycznym wyjściem z tego ograniczenia jest układ trójdrożny, który pozwala dowolnie zwiększyć średnicę głośnika niskotonowego, bowiem średnie tony zostają przekazane kolejnemu specjaliście - głośnikowi średniotonowemu.

Istnieje jednak inne rozwiązanie, pozwalające znacznie przesunąć granice kompetencji układu dwudrożnego, przede wszystkim zwiększyć moc i efektywność. Jest nim użycie dwóch przetworników nisko-średniotonowych (co oczywiście wymaga odpowiednio większej objętości, spotyka się je więc w kolumnach wolno stojących). Konstrukcji z trzema głośnikami nisko-średniotonowymi już się nie stosuje, z powodu zbyt dużych, niekorzystnych przesunięć fazowych, jakie powstawałyby między najbardziej oddalonymi od siebie głośnikami, poza osią główną zespołu. Układ z dwoma nisko- średniotonowymi (i jednym wysokotonowym), mimo że zawiera w sumie trzy głośniki, wciąż nazywamy układem dwudrożnym, bowiem pasmo jest w nim podzielone, za pomocą filtrów, na dwie części; to sposób filtrowania, a nie liczba głośników, definiuje „drożność”.

Zrozumieć dwuipółdrożność

Ostatnie stwierdzenie jest kluczowe dla zrozumienia sposobu działania i takiego właśnie określania układu dwuipółdrożnego. Za punkt wyjścia najlepiej przyjąć opisany już układ dwudrożny, w wersji z dwoma głośnikami nisko-średniotonowymi. Teraz wystarczy wprowadzić tylko jedną modyfikację - zróżnicować filtrowanie dolnoprzepustowe dla głośników nisko-średniotonowych, czyli jeden filtrować niżej, w zakresie kilkuset herców (podobnie, jak głośnik niskotonowy w układzie trójdrożnym), a drugi wyżej (podobnie, jak nisko-średniotonowy w układzie dwudrożnym).

Skoro mamy ich różne filtry i zakresy pracy, dlaczego nie nazywamy takiego układu trójdrożnym?

Nawet nie dlatego, że same głośniki mogą być (i najczęściej są, ale wcale nie zawsze) identyczne. Przede wszystkim dlatego, że w szerokim zakresie niskich częstotliwości pracują one wspólnie, co nie jest właściwe dla układu trójdrożnego. W układzie dwuipółdrożnym pasmo nie zostaje podzielone na trzy zakresy, przetwarzane na zasadzie „wyłączności” przez trzy przetworniki, lecz na „dwa i pół zakresy”. Niezależną „drogą” jest droga głośnika wysokotonowego, natomiast pozostały zakres, nisko- średniotonowy, obsługiwany jest częściowo wspólnie (niskie częstotliwości) przez obydwa głośniki, a częściowo (średnie częstotliwości) tylko przez jeden głośnik.

kolumny wolnostojące
Wśród pięciu kolumn wolno stojących, z testu w magazynie „Audio”, w grupie dobrze reprezentującej zakres cenowy 2500-3000 zł znalazła
się tylko jedna konstrukcja trójdrożna (druga od prawej). Pozostałe są dwuipółdrożne (pierwsza i druga od lewej) i dwudrożne, chociaż konfiguracją głośników, z zewnątrz, nie różnią się od dwuipółdrożnych. Różnica definiująca „drożność” kryje się w zwrotnicy i sposobie filtrowania.

Taki układ ma „wydajnościowe” cechy układu dwuipółdrożnego z dwoma nisko-średniotonowymi i dodatkową zaletę (przynajmniej w ocenie większości konstruktorów) - ograniczenie przetwarzania średnich tonów do jednego przetwornika pozwala uniknąć wspomnianego problemu przesunięć fazowych. Co prawda przy dwóch, ustawionych blisko siebie, przetwornikach nisko-średniotonowych nie muszą one być jeszcze duże, stąd niektórzy poprzestają na prostszym układzie dwudrożnym, nawet stosując dwa nisko-średniotonowe.

Warto zwrócić uwagę, że zarówno układ dwuipółdrożny, jak i dwudrożny, na dwóch nisko-średniotonowych głośnikach o średnicy (całkowitej) np. 18 cm (najczęstsze rozwiązanie), dysponuje w zakresie niskich częstotliwości podobną powierzchnią membran, jak jeden głośnik o średnicy 25 cm (układ trójdrożny oparty na takim głośniku). Oczywiście powierzchnia membrany to nie wszystko, duże głośniki są zwykle zdolne do pracy z większą amplitudą niż mniejsze, co dodatkowo zwiększa ich możliwości w zakresie niskich częstotliwości (gdzie liczy się objętość powietrza, jaką głośnik może „przepompować” w jednym cyklu). Ostatecznie jednak dwie nowoczesne 18-tki potrafi ą na tyle dużo, jednocześnie pozwalając na zaprojektowanie szczupłej obudowy, że takie rozwiązanie bije obecnie rekordy popularności i wypiera konstrukcje trójdrożne z segmentu kolumn średniej wielkości.

Jak rozpoznać układy

„Na oko” nie można odróżnić układu dwuipółdrożnego, w którym w roli niskotonowego i nisko- średniotonowego użyto takich samych typów głośników, od układu dwudrożnego z parą nisko- -średniotonowych. Czasami jednak możemy dostrzec, że mamy do czynienia z układem dwuipółdrożnym – gdy z zewnątrz widać różnice między obydwoma głośnikami, mimo że mają taką samą średnicę. Głośnik pracujący jako niskotonowy może mieć większą nakładkę przeciwpyłową (wzmacniającą centralną część membrany). Głośnik pracujący jako nisko-średniotonowy zaś – lżejszą membranę i tzw. korektor fazy, co poprawia przetwarzanie średnich częstotliwości (przy takim zróżnicowaniu konstrukcji już błędem w sztuce byłoby zastosowanie wspólnego filtrowania i układu dwudrożnego). Zdarza się też tak, chociaż dość rzadko, że głośnik niskotonowy jest nieco większy od nisko-średniotonowego (np. niskotonowy ma 18 cm, a nisko- -średniotonowy – 15 cm). W takim przypadku układ zaczyna z zewnątrz przypominać konstrukcję trójdrożną i dopiero analiza działania zwrotnicy (filtrów) pozwala ustalić, z czym mamy do czynienia.

Są wreszcie układy, których „drożność” trudno jednoznacznie określić, mimo znajomości wszystkich cech konstrukcji. Przykładem może być głośnik, który wstępnie, ze względu na brak fi ltrowania górnoprzepustowego, uznajemy za nisko-średniotonowy, ale jest on nie tylko mniejszy, lecz przetwarza niskie częstotliwości wyraźnie słabiej niż towarzyszący mu głośnik niskotonowy, zarówno ze względu na swoje „predyspozycje”, jak i sposób aplikacji w obudowie – np. w małej komorze zamkniętej.

A czy możemy za układ trójdrożny uznać układ, w którym głośnik średniotonowy nie jest fi ltrowany górnoprzepustowo, ale jego charakterystyka przecina, choćby przy niskiej częstotliwości podziału, charakterystykę głośnika niskotonowego? Nie jest to przypadkiem wciąż układ dwuipółdrożny? To już rozważania akademickie. Najważniejsze, abyśmy wiedzieli, jaka jest topologia układu i jego charakterystyki, i aby układ, w taki czy inny sposób, był dobrze zestrojony