Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Specjaliści od najniższego basu

Specjaliści od najniższego basu
W dwóch kolejnych numerach AUDIO - 10/2020 i 11/2020 - ukaże się duży test subwooferów, obejmujący w sumie 12 konstrukcji. Oprócz ich dokładnych opisów (łącznie z pomiarami charakterystyk), przygotowaliśmy wyjaśnienia bardziej ogólnych kwestii, które pojawiają się wraz z tymi urządzeniami. Za miesiąc - druga porcja.
Dawid i Goliat - Minx X301 na tle Tagi Thunder SW-12

Małe do małego Chociaż niektóre małe subwoofery potrafią zaskakująco wiele zarówno pod względem niskiej częstotliwości granicznej, jak i wysokiego poziomu maksymalnego, to takie możliwości są zwykle kosztowne, wymagają bowiem specjalnych, najwyższej jakości głośników i wzmacniaczy o dużej mocy.

Większość małych subwooferów ma parametry proporcjonalne do swojej wielkości, a więc ustępuje tym większym, co jednak nie przekreśla ich szans. Dobierając subwoofer do małych satelitów, po pierwsze szukamy czegoś relatywnie niewielkiego, po drugie nie jest nam potrzebny bardzo wysoki poziom maksymalny, na który nie dotrze również dźwięk satelitów. Wciąż korzystna jest niska dolna częstotliwość graniczna, ale i na wyższą (niż oferowana przez duże subwoofery) możemy spojrzeć łaskawie, biorąc pod uwagę, że zastosowanie takiego subwoofera wciąż znacznie rozszerzy pasmo przenoszenia ze względu na bardzo ograniczoną (od dołu) charakterystykę satelitów.

Gdy chcemy rozszerzyć pasmo systemu z dużymi kolumnami, wymagania względem subwoofera wzrastają zarówno pod względem dolnej częstotliwości granicznej, maksymalnego poziomu, jak też możliwości ustawienia niskiej górnej częstotliwości granicznej (tzw. odcięcia), aby subwoofer i kolumny nie wchodziły sobie w paradę (aby ich charakterystyki nie pokrywały się zanadto). Takie subwoofery są zwykle większe i droższe, ale pod każdym względem pasują do dużych kolumn, które pewnie też nie były tanie.

Specjalne głośniki

Głośniki (przetworniki) stosowane w subwooferach są ściśle wyspecjalizowane do pracy w zakresie najniższych częstotliwości. Są podobne, ale nie takie same jak głośniki niskotonowe w kolumnach wielodrożnych. Ograniczenie pasma do ok. 100-150 Hz, wraz z "ostrym" filtrowaniem (3.-4. rzędu) pozwala nie dbać o przebieg charakterystyki znacznie wyżej, który trzeba brać pod uwagę przy projektowaniu kolumn, gdzie podziały są zwykle wyższe, a filtrowanie często łagodniejsze. To ułatwia przygotowanie układu drgającego mającego większą wydajność w zakresie najniższych częstotliwości, a tę determinuje jednocześnie powierzchnia membrany i jej maksymalna amplituda (tutaj można rozróżnić maksymalną amplitudę pracy liniowej i "do uszkodzenia"). 

Są też inne parametry - przede wszystkim parametry T-S (Thiele-Smalla), które określają przebieg charakterystyki przetwarzania oraz odpowiedź impulsową w obudowie o określonej objętości i określonego systemu (zamknięty, bas-refleks itd.). W związku z tym w decydujący sposób wpływają one na projektowanie pasywnego zespołu głośnikowego. W przypadku subwoofera aktywnego uwarunkowania są nieco inne: aktywna korekcja może w zasadzie dowolnie ukształtować charakterystykę w zakresie najniższych częstotliwości, wyrównując ją do żądanej niskiej częstotliwości granicznej, więc parametry T-S nie determinują jej ostatecznie; nie można jednak użyć głośnika "byle jakiego", bo korekcja oznacza tutaj dostarczenie wyższej mocy, a w ślad za tym wywołanie większych wychyleń, więc głośnik musi być do nich przygotowany.

Dlatego w subwooferach częściej widzimy głośniki większe niż w kolumnach - nawet 10-calowy, nie mówiąc o 12-calowym, zwykle wymagałby w systemie pasywnym znacznie większej objętości. Głośniki te mają też większe niż "normalne" wychylenia, co jednak jest okupione ich niższą efektywnością (większa część cewki pozostaje poza szczeliną), mimo silnych magnesów, ale w sukurs idzie zwykle wysoka moc zainstalowanego wzmacniacza. Ostatecznie, gdy mocy ze wzmacniacza jest pod dostatkiem, głośnik o większej amplitudzie i niższej efektywności będzie w stanie wytworzyć większe maksymalne ciśnienie w zakresie najniższych częstotliwości, czyli pozwoli zagrać nisko i głośno. Tutaj właśnie pojawia się optymalne dopasowanie mocy wzmacniacza do mocy głośnika, z uwzględnieniem wpływu obudowy i korekcji. W kolumnach pasywnych trzeba wziąć pod uwagę ograniczoną moc zewnętrznego wzmacniacza i nie prowadzi się korekcji, więc bardziej opłaca się zwiększyć efektywność kosztem maksymalnego wychylenia - najniższe częstotliwości nie będą mogły osiągać wysokich poziomów, ale już "wyższy bas" zagra głośniej przy określonej dostarczonej mocy.

Wyprawy na sam dół (z membraną bierną)

W subwooferach są stosowane różne obudowy - zamknięte, bas-refleks i z membraną bierną. Wszystkie te typy znamy z sekcji niskotonowych konwencjonalnych, wielodrożnych zespołów głośnikowych, jednak w subwooferach mają one inne "udziały": obudowa z membraną bierną jest rzadko spotykana w kolumnach, a bardzo często w subwooferach; częściej pojawia się w nich też obudowa zamknięta, natomiast bas-refleks "panujący" w kolumnach nie jest tutaj dominujący. Skąd takie różnice?

Sztywna i z dużym zawieszeniem - układ drgający przygotowany do pracy z dużymi amplitudami

Układ aktywny pozwala dokonać korekcji charakterystyki przetwarzania i obniżyć dolną częstotliwość graniczną, a to otwiera drogę do zmniejszenia obudowy w stosunku do objętości, jaka byłaby potrzebna w systemach pasywnych. Gdy stosujemy obudowę zamkniętą, nie wywołuje to żadnych poważnych trudności w jej zrealizowaniu. Ale przy wszystkich jej zaletach (głównie odpowiedź impulsowa), według wielu konstruktorów nie jest ona najlepszym rozwiązaniem; wybraliby oni bas-refleks, aby osiągnąć niską dolną częstotliwość graniczną bez tak intensywnej korekcji, jakiej wymaga obudowa zamknięta i aby zredukować amplitudę głośnika w wybranym zakresie częstotliwości (rezonansowej obudowy), co pozwala osiągnąć wysokie ciśnienie przy jego mniejszym obciążeniu (w zakresie częstotliwości rezonansowej źródłem promieniowania jest otwór). 

Częstotliwość rezonansowa obudowy bas-refleks jest związana z jej objętością, przekrojem tunelu i jego długością. Problem w tym, że ustalenie niskiego rezonansu przy umiarkowanej objętości i dużej powierzchni, powiązanej z innych powodów z powierzchnią membrany głośnika, wymaga założenia bardzo długiego tunelu.

Membrana bierna jest dociążona pierścieniem dołączonym tam, gdzie w normalnym głośniku znajduje się cewka



I tutaj do gry może wejść membrana bierna. Pozwala ona ustalić w praktyce dowolnie niską częstotliwość rezonansową, nawet przy umiarkowanej objętości i dużej powierzchni (dużą masę tworzy sama membrana, a nie powietrze w tunelu). Poza tym skutki zastosowania membrany biernej są podobne (chociaż nie dokładnie takie same) jak otworu - uzyskujemy silne promieniowanie i odciążenie głośnika w pobliżu częstotliwości rezonansowej.

Obudowa zamknięta - najlepsza do muzyki?

Obudowa zamknięta zapewnia lepszą odpowiedź impulsową, "kontrolę", a więc dokładność i czytelność dźwięków, a to w muzyce ważniejsze niż w kinie, gdzie z kolei priorytet ma potęga wstrząsów, wybuchów, której dobrze służy bas-refleks ułatwiający zarówno rozciągnięcie pasma, jak i osiąganie wyższych poziomów ciśnienia - czyli granie niżej i głośniej, chociaż mniej precyzyjnie. Układy aktywne dają okazję do połączenia wszystkich zalet, umożliwiając korektę charakterystyki przetwarzania, zbyt wcześnie opadającej przy pasywnych konstrukcjach zamkniętych. Dlatego subwoofery aktywne znacznie częściej niż pasywne zespoły głośnikowe mają obudowy zamknięte. Obudowa zamknięta to jednak tylko większa szansa na dobry bas, a nie jego gwarancja, a bas-refleks czy membrana bierna takich szans też nie przekreślają.

Niezależnie od rodzaju obudowy subwoofery są często krytykowane za słabsze predyspozycje do obsługi muzyki niż w przypadku klasycznych, pełnozakresowych kolumn. Ta sprawa też jest złożona, bo nie mniejszym zagrożeniem dla dobrej jakości jest nieprawidłowe zestrojenie całego systemu (subwoofera z pozostałymi kolumnami), chociaż objawiające się innymi wadami brzmienia, to też prowadzące do ogólnego, negatywnego wrażenia "basu subwooferowego", "oderwanego" od głównej części pasma. Zwykle problem ten nie wynika ze zbyt słabego wyposażenia i nieskuteczności regulacji w subwooferze, ale z trudności w opanowaniu tego tematu przez użytkownika.

Jak "spakować" subwoofer

W tym subwooferze miejsca na dolnej ściance wystarczyło i dla głośnika, i dla otworu bas-refleks

Źródłami promieniowania niskich częstotliwości z subwooferów są przetworniki, membrany bierne i otwory bas-refleks. Co gdzie zostanie zainstalowane jest efektem całkiem prozaicznych kwestii, związanych bardziej z estetyką niż akustyką. Nie znaczy to wcale, że konstruktorzy lekceważą sobie parametry i brzmienie - tyle że nie za bardzo muszą przejmować się miejscem umieszczenia tych elementów dla osiągnięcia zakładanych rezultatów. Bardzo niskie częstotliwości są promieniowane wszechkierunkowo, więc ich źródła mogą zostać umieszczone dość dowolnie. Gdy będą znajdowały się bardzo blisko powierzchni odbijających, ciśnienie wzrośnie, ale można to przewidzieć, tak jak wpływ powietrza znajdującego się pomiędzy podłogą a obudową na częstotliwość rezonansową układu z otworem bas-refleks lub membraną bierną, które mogą być zainstalowane na dolnej ściance. Dlatego wybór miejsc montażu podyktowany jest głównie wyglądem.

Miejsce z tyłu jest już zajęte przez płytę wzmacniacza; bardzo dobre i niemal zawsze wykorzystywane jest miejsce na dolnej ściance - wystarczy dodać odpowiednio wysokie nóżki i można tam umieścić, co się chce: głośnik, membranę bierną albo otwór. Przy bas-refleksach otwór zwykle jest na dole, chociaż czasami z tyłu albo z przodu, a wtedy na dole jest głośnik; w układach z membraną bierną na dole jest zwykle właśnie ona, a głośnik z przodu, chociaż bywa odwrotnie. Ścianki boczne i górna są zazwyczaj wolne, chociaż przy zastosowaniu dwóch głośników niskotonowych często znajdują się one właśnie na bokach, naprzeciwko siebie.

Przy projektowaniu subwoofera musimy więc wziąć pod uwagę potrzebną objętość, wymiary wszystkich elementów, które mamy w nim zainstalować, ale ich rozplanowanie może być dość dowolne, a kupując subwoofer, nie musimy na to zwracać szczególnej uwagi - przecież jeżeli ustawimy go w kącie i bas będzie za mocny, to go przyciszymy. Tak, to takie proste.

Andrzej Kisiel

Zobacz także:

W poszukiwaniu prawdziwego stereo - część 1
W poszukiwaniu prawdziwego stereo - część 2
Wielkie możliwości małego pudełka